Plastizität von Schaltkreisen interkalierter Zellen bei der Furchtkonditionierung

Angststörungen liegt meist eine Dysregulation der neuronalen Schaltkreise zu Grunde, die auch Furchtkonditionierung vermitteln, wobei die Amygdala eine zentrale Rolle spielt. Pawlowsche Furchtkonditionierung ist das am besten untersuchte Modell, um die Grundlagen erlernter Furcht zu verstehen. Hierbei wird ein neutraler, konditionierter Stimulus (CS) mit einem aversiven, unkonditionierten Stimulus (US) assoziiert. Ein wichtiger Prozess während des Lernvorgangs ist aktivitätsabhängige, synaptische Plastizität glutamaterger sensorischer Verbindungen auf erregende Neurone in der basolateralen Amygdala. Neuere Befunde weisen darauf hin, dass auch verschiedene inhibitorische Neurone am Lernen beteiligt sind, allerdings ist wenig über ihre spezifische Rolle und ihre Plastizitätsmechanismen bekannt. In den letzten Jahren sind interkalierte Zellen (ITC) ins Zentrum des Interesses gerückt, da sie Extinktion von Furcht regulieren. ITCs sind GABAerge Neurone, die in Clustern um die basolaterale Amygdala liegen. Sie erhalten eine dichte dopaminerge Innervation, was auch bei der Furchtkonditionierung von Bedeutung sein könnte. Unsere bisherigen Ergebnisse zeigen, dass dorsale ITCs bei Furchtkonditionierung aktiviert werden, direkte sensorische Eingänge aus CS- und US- übermittelnden Hirnregionen erhalten, und sich auf diverse Kerngebiete innerhalb und außerhalb der Amygdala verschalten. In einem integrativen Ansatz wollen wir die Hypothese zu testen, dass bei der Konditionierung relevante Stimuli Aktivität und Plastizität in ITCs bewirken, was wiederrum zur Regulation multipler Projektionsgebiete im Gehirn und damit zur Kontrolle von erlerntem Furchtverhalten führt. Zuerst werden wir funktionelle und molekulare Mechanismen der Plastizität sensorischer Eingänge auf ITCs bei Konditionierung und Gedächtnisabruf mittels elektrophysiologischer Ableitungen und hochauflösender Mikroskopieverfahren untersuchen. Danach wollen wir die Rolle von Dopamin bei aktivitätsabhängiger Plastizität sensorischer Eingänge bestimmen, und setzen dazu optogenetische Stimulation dopaminerger Afferenzen ein. Als nächstes planen wir mit anatomischer Methoden die Zielgebiete und spezifischen Zelltypen zu bestimmen, auf die sich ITCs verschalten. Wir vermuten, dass ITCs mit unterschiedlichen Projektionsmustern durch Furcht- und Extinktionslernen differenziell aktiviert werden und testen dies mittels Aktivitätskartierung spezifischer retrograd-markierter ITCs nach Verhaltenstraining. Als letztes möchten wir den kausalen Zusammenhang zwischen Aktivierung von ITCs und Expression erlernter Furcht verstehen. In einem spezifischen pharmakogenetischen Ansatz werden wir ITCs bei Furchtkonditionierung, Gedächtnisabruf oder Extinktionslernen reversibel inaktivieren und beeinträchtige Prozesse identifizieren. Insgesamt erwarten wir entscheidende neue Einblicke in die Plastizität, Verschaltung und Funktion des spezialisierten inhibitorischen Netzwerks der ITCs bei der Regulation erlernter Furcht.

Die Amygdala spielt eine entscheidende Rolle bei der emotionalen Bedeutung von Umweltmerkmale. Seine interkalierten Zellen (ITC) sind dichte Klumpen von stacheligen GABAergen Neuronen, die um den basolateralen Amygdala-Komplex (BLA) verteilt sind. Ausgeprägte ITC-Klumpen sind am Erwerb und der Extinktion konditionierter Angstreaktionen beteiligt. Zuvor haben wir gezeigt, dass der Abruf des Angstgedächtnisses das AMPA/NMDA-Verhältnis an thalamischen Afferenzen zu ITC-Neuronen innerhalb des dorsomedialen (dm)-ITC-Klumpens reduziert. Wir untersuchten die molekularen Mechanismen, die der angstvermittelten Reduktion des AMPA/NMDA-Verhältnisses an diesen Synapsen mit Hilfe der Freeze-Fracture-Replica-Immunmarkierungstechnik zugrunde liegen, und konnten zeigen, dass Veränderungen der synaptischen Dichte von AMPA-Rezeptoren, insbesondere an Spine-Synapsen, der beobachteten Veränderung im AMPA/NMDA-Verhältnis zugrunde liegen. Diese Ergebnisse verbinden die Regulation der AMPA-Rezeptor-Diffusion direkt mit Gedächtnisprozessen in identifizierten neuronalen Netzwerken. Die dopaminerge Signalübertragung spielt eine wichtige Rolle beim assoziativen Lernen, einschließlich des Angst- und Extinktionslernens. Dopaminerge Mittelhirnneuronen codieren Vorhersagefehler-ähnliche Signale, wenn Bedrohungen von den Erwartungen abweichen. Innerhalb der Amygdala erhalten ITC-Klumpen die dichtesten dopaminergen Projektionen, aber ihre physiologischen Konsequenzen wurden nur unvollständig verstanden. Bei Mäusen haben wir zwei verschiedene neue Mechanismen aufgedeckt, wie mesenzephale dopaminerge Afferenzen ITCs kontrollieren. Erstens setzen sie GABA gemeinsam frei, um eine schnelle, direkte Hemmung zu vermitteln. Zweitens hyperpolarisiert freigesetztes Dopamin (DA) ITCs direkt und unterdrückt inhibitorische Interaktionen zwischen verschiedenen ITC-Klumpen über präsynaptische D1-Rezeptoren. Ein frühes Extinktionstraining verstärkt sowohl die GABA-Co-Freisetzung auf dm-ITCs als auch die DA-vermittelte Unterdrückung der durch das dm auf den ventromedialen ITC-Klumpen ausgeübten Hemmung. Diese Ergebnisse liefern neue Einblicke in dopaminerge Mechanismen, die das Aktivitätsgleichgewicht zwischen verschiedenen ITC-Klumpen formen, die ihre gegensätzlichen Rollen im Angstverhalten unterstützen könnten.