Genexpression von potentiellen Modulatoren inhibitorischer Neurotransmission in der Maus-Mutante Lurcher

Abstract

Die Maus-Mutante Lurcher ist ein Tiermodell für die spinocerebelläre Ataxie und durch einen primären Untergang der Purkinjezellen charakterisiert. Im Gegensatz zur massiven sekundären Degeneration von Körnerzellen und Neuronen der inferioren Olive fällt der Verlust von Neuronen der tiefen Kleinhirnkerne verhältnismäßig gering aus. Diesen Kerngebieten wird eine gewisse kompensatorische Fähigkeit zugeschrieben. Während des Purkinezelluntergangs kann eine verstärkte inhibitorische synaptische Erregungsübertragung nachgewiesen werden. Immunhistochemisch findet sich in vier Wochen alten Lc eine Zunahme kleiner GABAerger Neurone und eine Größenzunahme der Endknöpfchen bei relativ schwach ausgeprägtem Verlust GABAerger Synapsen. Um die stattfindenden Vorgänge genauer zu beleuchten wurde in dieser Arbeit die Genexpression potentieller Modulatoren der inhibitorischen synaptischen Erregungsüberleitung untersucht. Mittels quantitativer real-time PCR konnte eine Herunterregulation der Genexpression des GABARAP und der gamma2-Untereinheit des GABA-A-Rezeptors bei 14 Tage alten Mäusen nachgewiesen werden. Die Herunterregulation beider Proteine kann zur Zunahme von ungeclusterten Rezeptoren mit höherer GABA-Affinität und schnellerer Wiederöffnungszeit beitragen. Dies könnte eine bessere Verwertung herabgesetzter GABA-Konzentrationen ermöglichen. Durch eine verringerte Anzahl von Bindungsstellen für gamma2 und eine relative Zunahme von Rezeptoren, welche nicht der konstitutiven (gamma2-abhängigen) Endozytose unterliegen, könnte die Endozytoserate sinken und die Rezeptorzahl an der postsynaptischen Membran konsekutiv steigen, was wiederum eine verstärkte Inhibition bedingen kann. Die Herunterregulation der gamma2-Untereinheit könnte weiterhin zu verminderter Regulation durch die Proteinkinase C führen und auch hierdurch eine erhöhte Rezeptorzahl begünstigen. Die Verringerung der Endozytoserate und/oder die Reduktion der Anzahl geclusterter Rezeptoren können zwei Wege zur kurzfristigen Verstärkung der GABAergen Erregungsüberleitung darstellen und die Reaktion auf den Verlust GABAerger Afferenzen sowie die beginnende Kompensation desselben repräsentieren. Die beobachtete Herunterregulation ist transient. Die Herunterregulation der beiden Proteine zur Verstärkung der inhibitorischen Überleitung wurde in der Literatur bisher nicht beschrieben. In die GABAerge Inhibition sind jedoch einige weitere Proteine involviert. Die Untersuchung derselben könnte weitere Einblicke in die Vorgänge ermöglichen und die Rolle von gamma2 und GABARAP weiter präzisieren. Die Aufklärung stattfindender Kompensationsmechanismen und -wege führt zur Vertiefung des Verständnisses für neurodegenerative Erkrankungen und kann neue Ansatzpunkte zur Therapie enthüllen.

The Lurcher mutant mouse is an animal model for spinocerebellar ataxia and characterized by a primary selective loss of Purkinje cells. In contrast to the subsequent massive secondary degeneration of the granule cells and the inferior olivary neurons only mild degeneration occurs in the deep cerebellar nuclei. These nuclei are supposed to have a compensatory role in Lurcher mice. During the purkinje cell degeneration an increased inhibitory synaptic transmission can be observed. Immunohistochemically four week old Lurcher show an increase of small GABAergic neurons and an increase in synaptic bouton size and density. The loss of GABAergic synapses is relatively weak. To elucidate the molecular mechanism we analyzed in this study the gene expression of potential modulators of inhibitory synaptic conduction in the Lurcher mutant mouse. By performing quantitative real time PCR we detected a down-regulation of gene expression of GABARAP and the gamma2 subunit of GABA-A-receptor in 14 days old mice. The downregulation of these two proteins may contribute to the increase of non-clustered GABA receptors with a higher affinity to GABA and a faster re-opening time. This could allow for a better utilization of reduced GABA concentrations. A reduced number of binding sites to gamma2 and a relative increase of receptors which are not subject to constitutive (gamma2 -dependent) endocytosis may reduce the receptor endocytosis and consecutively rise the receptor number at the postsynaptic membrane. This can result in increased synaptic inhibition. The downregulation of the gamma2 subunit could also lead to a reduced regulation by proteinkinasis C and thereby also facilitate an increased number of receptors. However, the observed downregulation is transient. The reduction of endocytosis and / or reduction of the number of clustered receptors may represent two paths for short-term reinforcement of GABAergic inhibition and represent the response to the loss of GABAergic afferents and beginning compensation. The downregulation of the two proteins to enhance inhibitory neurotransmission wasn’t previously described in the literature. The GABAergic inhibition involves some more proteins. Studying them could provide further insight into the process and clarify the role of gamma2 and GABARAP. The revealing of these compensatory mechanisms and pathways could deepen the understanding of neurodegenerative disorders and may reveal new targets for therapy.