The proliferation of rodent astrocytes – implications for a modulatory role of dopamine and aquaporin 4

Abstract

Astrocytes of the striatum express both dopamine receptors and transporters, which indicates that dopamine plays a functional role in striatal astrocytes. Dopamine is known to modulate proliferation of precursor cells during development and also in the adult brain. However, it is unknown whether dopamine affects proliferation of astrocytes. In this study we investigated a putative role of dopamine on the proliferation of striatal astrocytes in vitro and in vivo. Using striatal mouse astrocyte cultures we found that dopamine decreased proliferation of astrocytes and the expression of the water channel AQP4, more precisely the isoform M23, both on the mRNA and protein levels. We hypothesized that the decreased expression of the water channel is linked to the observed decrease in proliferation. Under physiological conditions, the striatum represents a target area of dopaminergic projections arising in the midbrain. We hypothesized that dopamine might keep AQP4 expression at a low level and hence prevent proliferation of astrocytes in the striatum in vivo. Consequentially, in vivo depletion of dopamine should result in an increased expression of AQP4 and an increase of proliferation of astrocytes. To investigate this hypothesis we intraventricularily injected 6-hydroxydopamine, a catecholaminergic neurotoxin that destroys dopaminergic neurons. Under these conditions AQP4 mRNA expression, specifically the AQP4 M23 isoform, was increased in the striatum, and we observed that proliferation was significantly increased in the striatum and the lateral cortex, both regions that were affected by the loss of dopamine.

Astrozyten im Striatum exprimieren Dopaminerezeptoren und Transporter, was darauf hinweisst dass Dopamine eine regulierende Funtion in striatalen Astrozyten besitzt. Es ist gezeigt, dass Dopamine die Proliferation von Vorläuferzellen während der Entwicklung moduliert, jedoch ist nicht bekannt ob Dopamin auch die Proliferation von Astrozyten beeinflusst. In dieser Studie wurde die mögliche Rolle von Dopamin auf die Astrozytenproliferation untersucht, jeweils in vitro und in vivo. In striatalen Mäuseastrozytenkulturen beobachteten wir nach Behandlung der Zellen mit Dopamin eine verminderte Proliferation und eine verringerte Expression des Wasserkanals Aquaporin 4, insbesondere die Isoform M23. Wir vermuteten, dass die verringerte Expression des Wasserkanals mit der verminderten Proliferation zusammenhängt. Im gesunden Gehirn ist das Striatum eine stark dopaminerg-innervierte Region. Wenn unsere erste Vermutung stimmt, müsste also das Vorhandensein von Dopamin die Aquaporin 4 Expression auf einen niedrigen Level halten und damit die Proliferation von Astrozyten verhindern. Folglich, sollte es zu einem Verlust von Dopamin im Striatum kommen, müsste man eine erhöhte Astrozytenproliferation und AQP4 Expression finden. Um diese Hypothese zu untersuchen, injizierten wir das Neurotoxin 6-Hydroxydopamin, welches selektiv für catecholaminerge Neurone ist, in die lateralen Ventrikel. Unter diesen Bedingungen beobachteten wir im Striatum eine erhöhte AQP4 Expression, vor allem M23, sowie einen signifikanten Anstieg an proliferierenden Astrozyten.