Characterizations of a heterozygous Stx1b-knockout mouse model with fever associated epilepsy

Abstract

Genetische Varianten wurden für viele verschiedene Epilepsiesyndrome identifiziert und ihre Pathomechanismen zu verstehen kann zu zielgerichteten Therapien führen. Bei Patienten mit GEFS+, GGE, DEE und fokalen Epilepsien wurden Varianten in dem präsynaptischen Protein STX1B entdeckt. STX1B ist als SNARE-Protein Teil des Vesikelfusionsapparates, der für die Neurotransmitterfreisetzung in den synaptischen Spalt verantwortlich ist. STX1B, aber nicht sein Homolog STX1A, ist essentiell für neuronale Entwicklung und postnatales Überleben. In funktionellen Studien an Zebrafischlarven mit stx1b-knockdown und Neuronenkulturen mit STX1B-Varianten wurde eine reduzierte Expression, veränderte Proteininteraktionen und eine erhöhte Fiebersensibilität festgestellt. Nichtsdestotrotz konnte bisher kein Effekt auf die synaptische Transmission beobachtet werden. Wir nutzten ein Stx1B+/--Mausmodell und akute Hirnschnitte des Hippocampus, um natürlich gewachsene Neurone zu untersuchen. Mit der Whole-cell Patch Clamp-Technik untersuchten wir inhibitorischen und exzitatorischen, synaptischen Input an Pyramidenzellen der Hippocampusregion CA1 zu messen. Zusätzlich leiteten wir Multi-unit-Netzwerk-Aktivität von Hippocampusregion CA1 und CA3 ab. Wir fanden keine relevanten Unterschiede für mIPSC und mEPSC. Wir fanden jedoch eine verlängerte Dauer der Up-Zustände in Stx1b+/--Mäusen als Zeichen einer erhöhten Erregbarkeit. Da diese Ergebnisse auf einer geringen Anzahl basieren, sollten weitere Untersuchungen zur Bestätigung stattfinden. Schließlich bestätigen wir vorangegangene Studien an Neuronenkulturen und stellen fest, dass ein einfacher Effekt auf den synaptischen Input nicht die einzelne Ursache der Epilepsie deser Patienten darstellt. Weitere Forschung sollte sich auf induzierte Fiebermodelle, sterische Effekte der STX1B-Varianten und Netzwerkeffekte konzentrieren.

Genetic variants have been identified for many different epilepsy syndromes and understanding their pathomechanisms may lead to targeted therapies in epilepsy. In patients with GEFS+, GGE, DEE and focal epilepsies, variants in the presynaptic protein STX1B were discovered. STX1B as SNARE-protein is part of the vesicle fusion machinery responsible for neurotransmitter release into the synaptic cleft. STX1B, but not its homologue STX1A, is crucial for neuronal development and postnatal survival. In functional studies in zebra fish larvae with stx1b-knockdown and neuronal cultures with STX1B variants reduced expression, altered protein interactions and increased fever sensibility were detected. However, an effect on synaptic transmission was not observed up to now. We relied on a Stx1b+/-mouse model and acute hippocampal brain slices to examine naturally grown neurons. The whole-cell patch clamp technique was employed to study inhibitory and excitatory synaptic input in hippocampal CA1 pyramidal neurons. Additionally, multi-unit network activity was recorded in hippocampal CA1 and CA3 regions. We could not find physiologically relevant differences for the recorded mIPSC and mEPSC. However, we did find a longer duration of up-states in Stx1b+/--mice demonstrating an increased excitability. As these results come from only small numbers, they need to be confirmed by further investigations. In conclusion, we do complement former studies conducted in neuronal cultures and find that a simple impact on synaptic input is not the sole cause for the patients’ epilepsy. Further research may concentrate on different induced fever models, steric effects of mutated STX1B and network effects.