Contribution of somatostatin interneurons to correlated neuronal activity in the developing hippocampus

Media type: E-Book; Thesis

Title: Contribution of somatostatin interneurons to correlated neuronal activity in the developing hippocampus

Contributor: Floßmann, Tom [VerfasserIn]; Holthoff, Knut [AkademischeR BetreuerIn]; Heinemann, Stefan H. [AkademischeR BetreuerIn]; Oertner, Thomas G. [AkademischeR BetreuerIn]

Corporation: Friedrich-Schiller-Universität Jena

imprint: Jena, [2019?]

Extent: 1 Online-Ressource (76 Seiten); Illustrationen, Diagramme

Language: English

DOI: 10.22032/dbt.40409

Identifier:

Keywords: Hippocampus > Entwicklung > Interneuron > Somatostatin

Origination:

University thesis: Dissertation, Friedrich-Schiller-Universität Jena, 2019

Footnote: Kumulative Dissertation, enthält Zeitschriftenaufsätze
Tag der Verteidigung: 03.12.2019
Zusammenfassungen in deutscher und englischer Sprache

Description: Frühe korrelierte neuronale Aktivität tritt in Form synchroner Bursts von Aktionspotentialen in großen Zellpopulationen und in allen Teilen des sich entwickelnden Gehirns auf. Eine wachsende Zahl an Studien legt nahe, dass synchrone Aktivität einen wichtigen Beitrag zur Reifung des neuronalen Netzwerks leistet und dabei auftretende Störungen zur Fehlentwicklung des Nervensystems führen. Aus diesem Grund ist ein mechanistisches Verständnis der Generierung korrelierter neuronaler Aktivität von großer Bedeutung für die klinische Forschung. Im unreifen Hippokampus tritt synchrone Aktivität kurz nach der Geburt auf und ist hochgradig von der depolarisierenden Wirkung bei synaptischer GABAA-Rezeptor-Aktivierung abhängig. Interneurone, die GABA freisetzen, sind mit hoher Wahrscheinlichkeit an der Burst-Generierung beteiligt. Welche der anatomisch hochgradig heterogenen Subtypen GABAerger Interneurone an der Generierung korrelierter Aktivität im unreifen Hirn beteiligt sind, ist bislang nur unvollständig aufgeklärt. In der vorliegenden Dissertation wird der Beitrag der Somatostatinexprimierenden (SOM)-Interneurone an korrelierter neuronaler Aktivität im sich entwickelnden Hippokampus untersucht. Um die zugrundeliegenden synaptischen Mechanismen zu analysieren, kamen elektrophysiologische und optische Techniken an akuten hippokampalen Hirnschnitten von neonatalen Mäusen zum Einsatz. In einem transgenen Tiermodell wurde die Beteiligung von entweder glutamatergen Pyramidenzellen oder GABAergen SOM-Interneuronen an synchroner Aktivität mithilfe zellspezifischer Expression des Kalziumfarbstoffs GCaMP6s und schneller konfokaler Kalziumbildgebung sowie paralleler Ableitung des lokalen Feldpotentials untersucht. Es wurde gezeigt, dass beide Populationen während neuronaler Bursts spontan und hochgradig korreliert aktiv sind. Mittels der Expression des optisch-aktivierbaren Natriumkanals Channelrhodopsin 2 (ChR2) in SOM-Interneuronen (SOMChR2) wurden Aktionsströme optogenetisch induziert. Elektrophysiologische Messungen zeigten, dass die Photoaktivierung von SOM-Interneuronen eine GABAA-Rezeptor-abhängige synaptische Erregung von Pyramidenzellen zur Folge hat, die vom Chlorid-Importer NKCC1 abhängig ist. In Ableitungen von Pyramidenzellen mithilfe von Kalziumbildgebung wurde zudem gezeigt, dass die Photoaktivierung von SOMChR2 korrelierte Netzwerkaktivität ähnlich der Spontanaktivität induziert. Komplementär Zusammenfassung 4 wurde unter Verwendung einer optogenetischen Strategie zur Hemmung von SOMInterneuronen der Beitrag der spontanen Feuerrate dieser Nervenzellpopulation zur Burst-Generierung untersucht. Zu diesem Zweck wurden transgene Mäuse eingesetzt, welche die lichtgetriebene Chlorid-Pumpe eNpHR3.0 (HR3), ein molekulargenetisch optimiertes Halorhodopsin-Konstrukt, in SOM-Interneuronen (SOMHR3) exprimieren. Die Photoinhibition von SOMHR3 wurde für langanhaltende Hyperpolarisation der Zellen optimiert und reduzierte effektiv die spontane Feuerrate der SOM-Interneurone. Elektrophysiologische Messungen von Pyramidenzellen ergaben, dass die Photoinhibition von SOMHR3 eine Reduktion der Burst-Aktivität im Pyramidenzellband der CA1 Region des neonatalen Hippokampus zur Folge hat. Zusammenfassend zeigt die vorliegende Arbeit, dass SOM-Interneurone durch präsynaptisches spontanes Feuern von Aktionspotentialen und eine erregende postsynaptische GABAA-Rezeptor Aktivierung in glutamatergen Pyramidenzellen die korrelierte Netzwerkaktivität im sich entwickelnden Hippokampus antreiben. Die hier gefundenen Ergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zum mechanistischen Verständnis spontaner korrelierter Aktivität und der aktivitätsabhängigen Hirnreifung.

Access State: Open Access

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