Präsynaptische a2-Adrenozeptoren in hippokampalen Neuronen

Forschungsprojekt P 13920Präsynaptischa alpha2-Adrenozeptoren in hippokampalen NeuronenStefan BÖHM28.06.1999 Neurotransmission an praktisch jeder Synapse des zentralen und peripheren Nervensystem wird durch prasynaptische Rezeptoren reguliert. Ein Prototyp solcher Rezeptoren ist der alpha2Adrenozeptor, der im sympathischen Nervensystem Noradrenalinfreisetzung im Sinne einer negativen Rückkopplung kontrolliert. Der Hippokampus erhält eine dichte noradrenerge Innervation, aber die Wirkung von Noradrenalin auf diese Gehirnregion konnte in in vitro Experimenten nicht eindeutig aufgeklärt werden, da sowohl hemmende als auch erregende Effekte zu finden waren. In vivo, hingegen, scheint Noradrenalin überwiegend inhibitorisch wirksam zu sein, da das noradrenerge System des Gehirns antiepileptogene Wirkung vermittelt. Im vorliegenden Projekt werden mögliche Mechanismen dieser antiepileptogenen Wirkung untersucht, und die vorläufigen Befunde zeigen, daß glutamaterge, nicht aber gabaerge, Nervenzellen des Hippokampus mit präsynaptischen Adrenozeptoren ausgestattet sind. Frühere Untersuchungen deuteten eine Hemmung glutamaterger Transmission durch präsynaptische alpha1-Adrenozeptoren an (Scanziani et al, 1993), wohingegen unsere Daten auf eine Beteiligung von alpha2-Adrenozeptoren hinweisen. Im vorliegenden Projekt werden die präsynaptischen Adrenozeptoren mittels pharmakologischer und molekularer Techniken charakterisiert. Darüber hinaus werden die zugrundeliegenden Mechanismen untersucht, und die vorläufigen Ergebnisse zeigen eine Hemmung spannungsaktivierter Ca2+ Kanäle. Daneben werden wir untersuchen, auf welchem Weg die Aktivierung G Protein-gekoppelter Rezeptoren spontane (Ca2+-unabhängige) Glutamatfreisetzung reduzieren kann. Unsere derzeitigen Resultate zeigen, daß die Aktivierung GTP bindender Proteine ausreicht, um die Interaktion zwischen SNARE Proteinen, welchen an vesikulärer Exozytose beteilgt sind (Söllner et al, 1993), zu behindern. Wir werden eine mögliche direkte Interaktion zwischen G Proteinen und SNARE Komponenten untersuchen, sowie eine mögliche Beteiligung von Phosphorylierungs- und Dephosphorylierungsreaktionen analysieren. Erhöhte Glutamatfreisetzung ist ein wesentlicher pathogenetischer Faktor bei zerebraler Ischämie und Epilepsie. Die Hemmung dieser Glutamatfreisetzung durch Agonisten an oben beschriebenen alpha2-Adrenozeptoren oder durch Aktivierung zugrundeliegender Signaltranduktionsmechanismen kann daher mögliche Strategien neuroprotektiver Pharmakotherapie aufzeigen.

Neurotransmission an praktisch jeder Synapse des Nervensystems wird durch präsynaptische Rezeptoren reguliert. Im Mittelpunkt dieses Projekts standen ursprünglich präsynaptische alpha2 -Adrenozeptoren im Hippokampus der Ratte. Die Ergebnisse zeigen, dass nur exzitatorische, nicht aber inhibitorische Nervenzellen dieser Hirnregion solche Rezeptoren besitzen. Aktivierung dieser Rezeptoren, beispielsweise durch selektive Agonisten oder durch endogenes Noradrenalin, bedingt eine Verringerung der Glutamatfreisetzung, und dieser Mechanismus stellt eine Grundlage für die antiepileptogene Wirkung des zentralen noradrenergen Systems dar. Ein zweiter und zuletzt überwiegender Schwerpunkt des vorliegenden Projekts waren präsynaptische Autorezeptoren glutamaterger Nervenzellen des Hippokampus. Es zeigte sich, dass metabotrope Glutamatrezeptoren der Gruppe III durch Ca2+ aktiviertes Calmodulin benötigen, um Signalkaskaden über G Protein beta/gamma Untereinheiten in Gang zu setzen. Daraus ergibt sich, dass die negative Rückkopplung durch Autoinhibition an glutamatergen Synapsen aktivitätsabhängig ist: Sie benötigt nicht nur Glutamatfreisetzung, sondern auch intrazelluläre Ca2+-Erhöhung. Je mehr Ca2+ also in die glutamaterge Nervenendigung gelangt, umso mehr Calmodulin wird aktiviert um eine Autoinhibition zu ermöglichen. Erhöhte neuronale Aktivität und gesteigerte Glutamatfreisetzung sind pathogenetische Schlüsselereignisse bei besipielsweise cerebraler Ischämie und bei Epilepsien. Daher stellt eine Hemmung dieser Glutamatfreisetzung durch Aktivierung präsynaptischer Rezeptoren (z.B. alpha2 -Adrenozeptoren) oder nachgeschalteter Signalkaskaden eine potentielle Strategie für neuroprotektive Pharmakotherapien dar. Unter diesem Gesichtspunkt scheinen präsynaptische metabotrope Glutamatrezeptoren III besonders attraktive Angriffspunkte zu sein, da deren Aktivierung wenig Einfluss auf die neuronale Signalübertragung haben wird, solange glutamaterge Nervenzellen nicht hoch aktiv sind. Weitere Experimente dieses Projekts zeigten, dass Komplexe bestehend aus den SNARE-Proteinen Synaptobrevin, Syntaxin und SNAP-25 unter Bedigungen erhöhter Transmitterfreisetzung aus PC12 Zellen sowohl dissoziieren, als auch reassoziieren. Diese Komplexe sind daher nicht nur biochemische Kennzeichen der Membranfusion, sondern auch Korrelate neuronaler Aktivität.