Rolle von SCN1A bei der „Cortical Spreading Depression“: Untersuchung eines Mausmodells für hemiplegische Migräne

Abstract

Die Migräne stellt eine der häufigsten neurologischen Erkrankungen weltweit dar und betrifft etwa 15% der Weltbevölkerung. Demgegenüber ist die familiäre hemiplegische Migräne als Unterform der Migräne mit Aura mit einer Prävalenz von etwa 1:10.000 deutlich seltener. Sie stellt die einzig monogen vererbte Form der Migräne dar und bislang konnten drei ursächliche Gene mit zahlreichen möglichen Mutationen nachgewiesen werden. Die Mutationen führen auf unterschiedliche Weise zu einer Kanalopathie. Bei der FHM1 und FHM2 konnte mittels eines Mausmodells nachgewiesen werden, dass die jeweiligen Kanalopathien auf jeweils unterschiedliche Weise zu einer erhöhten Aktivität von Glutamat im synaptischen Spalt und hierüber zu einer erhöhten Suszeptibilität gegenüber einer cortical spreading depression führen, welche als Korrelat einer Migräneaura angesehen wird. Demgegenüber ist der Pathomechanismus hinter der FHM3 weniger gut verstanden. Bekannt ist, dass bei der FHM3 unterschiedliche Mutationen auf dem SCN1A-Gen vorliegen können, welches für einen spannungsgesteuerten Natriumionenkanal kodiert, der vorwiegend auf inhibitorischen Interneuronen exprimiert wird. Die Mutationen führen hierbei zu einem gain-of-function des Kanals. Das Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der pathophysiologischen Auswirkungen der L1649Q-Mutation des SCN1A-Gens in einem transgenen knock-in Mausmodell der FHM3 auf Einzelzellebene und auf Netzwerkebene. In einem ersten Schritt sollte untersucht werden, ob die Mutation überhaupt zu einer erhöhten Suszeptibilität der Zellen gegenüber einer CSD führt. Hierzu wurde eine CSD mittels einer KCl-Lösung in akuten Hirnschnitten ausgelöst, während die Spannungsänderung einer entfernten Pyramidenzelle abgeleitet wurde. Hier konnte nachgewiesen werden, dass es zwar eine Tendenz hin zu einer erhöhten Suszeptibilität bei den mutierten Mäusen gegenüber den wildtypischen Mäusen gab, dieser Unterschied jedoch nicht signifikant war. Ursächlich hierfür war am ehesten die insgesamt geringe Fallzahl an generierten Zellen. In einem zweiten Schritt untersuchten wir die Auswirkungen der Mutation auf die spontanen inhibitorischen postsynaptischen Eingänge (sIPSC) einer Pyramidenzelle. Hier konnte eine signifikante Erhöhung der Frequenz an sIPSC bei den Mäusen mit der L1649Q-Mutation nachgewiesen werden, während die Amplitude unbeeinträchtigt blieb. Dies spricht dafür, dass die inhibitorischen Interneurone aufgrund der Mutation leichter aktiviert werden können, wogegen die pro Aktionspotential ausgeschüttete Menge des Neurotransmitters GABA hiervon unbeeinträchtigt bleibt. In einer dritten Messung analysierten wir mittels Multielektrodenarray die Auswirkungen der Mutation auf ein neuronales Netzwerk anhand von hippocampalen Neuronenkulturen. Hier interessierten wir uns insbesondere für das Auftreten von Populationsbursts und die mittlere Spitzenfeuerungsrate eines Populationsbursts als mögliches Korrelat einer CSD. Hier konnten jedoch keine signifikanten Unterschiede zwischen den wildtypischen und den heterozygoten Neuronenkulturen nachgewiesen werden. Zusammenfassend konnten wir nachweisen, dass die L1649Q-Mutation auf dem SCN1A-Gen zu einer gesteigerten Aktivität von inhibitorischen Interneuronen führt, ohne Einfluss auf die jeweils freigesetzte Menge an GABA zu nehmen. Zudem konnten wir bei den heterozygoten Tieren eine Tendenz hin zu einer erhöhten Suszeptibilität gegenüber einer CSD nachweisen. Unsere Hypothese ist, dass die gesteigerte Aktivierung der inhibitorischen Interneurone zu einer Elektrolytverschiebung hin zu einer erhöhten extrazellulären Kaliumkonzentration führt, wodurch das Auftreten einer CSD begünstigt wird.