Struktur und Funktion des ITC

Die interkallierten Zellverbände ("intercalated cell masses, ITC") der Amygdala bestehen primär aus mittelgroßen GABAergen Neuronen und repräsentieren bedeutende inhibitorische Schaltstellen zwischen dem basolateralen und dem zentralen Nukleus der Amygdala, die selbst unter Kontrolle des Kortex stehen. Diese Zellverbände sind maßgeblich in der Löschung konditionierter Furcht und möglicherweise auch in der Speicherung des Extinktions- Lernens involviert. Obwohl anatomische Strukturen und intrinsische wie extrinsische Verschaltungen nicht hinlänglich bekannt sind, werden die einzelnen ITC-Gruppen strukturell wie funktionell als homogen erachtet. Kürzlich haben wir jedoch umfangreiche, preliminäre Datensätze erhalten die darauf hinweisen, dass einzelne ITC- Gruppen ganz charakteristische zyto-architektonische, neurochemische und funktionelle Merkmale aufweisen. Im vorliegenden Antrag beabsichtigen wir, die Struktur und Funktion der einzelnen ITC-Gruppen genau zu definieren. Dazu soll deren 3-dimensionale Nanostruktur unter Verwendung der seriellen Block-Oberflächen Raster- Elektronenmikroskopie (SBF-SEM) und der pre-embedding Immuno-Elektronenmikroskopie detailliert analysiert werden. Diese methodischen Ansätze werden auch umfassende Datenmengen zu intrinsischen wie extrinsischen Verschaltungen identifizierter Neurone in den ITC-Gruppen liefern. Zusätzlich werden morphologische und physiologische Besonderheiten von ITC Neuronen nach in-vivo Aufzeichnung und Füllung analysiert werden, um die Gesamtheit axonaler Projektionen dieser Neurone aufzuklären und zu erkennen, wie die Aktivität definierter Populationen von ITC-Neuronen zu Netzwerk-Oszillationen in der Amygdala während eines spezifischen Gehirn- Status beitragen. Wir werden auch das intrasynaptische Arrangement von Signalproteinen, wie AMPA und NMDA Rezeptoren, an Thalamus-ITC und BLA-ITC Synapsen auf EM Ebene unter Verwendung der Gefrierbruch- Immunmarkierung und von pre-embedding Techniken analysieren. Diese Studie wird zeigen, ob diese Rezeptoren in einer input-spezifischen Weise organisiert sind. Um die Funktion von ITC-Schaltkreisen in der Extinktion von Furcht zu erforschen, werden wir durch pharmakologische Manipulationen vorliegender Signalmoleküle, wie z.B. mGlu7 Rezeptoren, deren Effektivität in der Verbesserung des Verhaltens-Phänotyps in einem Mausmodell (129S1/SvlmJ Stamm) mit Defiziten in der Furcht-Extinktion untersuchen.

In den letzten Jahren haben die Intercalated Cell Masses (ITC) der Amygdala, mittelgroße GABAerge Projektionsneuronen welche den basolateralen Amygdala Komplex (BLA) umgeben, als mögliche Mitspieler bei der Angst-Extinktion besondere Aufmerksamkeit erhalten. Bisher haben sich die ITC Neuronen aber einer detaillierten funktionellen und anatomischen Charakterisierung erfolgreich widersetzt. Die multidisziplinäre Annäherung dieses Projektes hat es uns nun aber erlaubt, erste anatomische, neurochemische und funktionelle Charakterisierungen von verschiedenen neuronalen Subtypen, welche die ITC Komplexe in Nagern bilden, zur Verfügung zu stellen. Unsere Arbeit fokussiert hauptsächlich auf einen Kluster, gelegen zwischen der BLA , den primären Ort für sensorische Inputs in der Amygdala, und dem Nucleus centralis, den primären Ort für die Angstreaktion. Wir konnten innerhalb dieses Klusters inhibierende mittelgroße bedornte Neuronen identifizieren, welche aber auch von pyramidalen Neuronen aktiviert werden und überdies ein wichtiger Ort der Konvergenz für glutamaterge Inputs ist. Diese Erkenntnis hat große Bedeutung für das Verständnis der Bildung von angstassoziierten Erinnerungen, welche vor allem anhand der pavlovscher Konditionierung in Nagern und Menschen studiert wurde. Bei der pavolvschen Konditionierung wird ein neutraler Stimulus (CS, z.b. ein Ton) mit einem aversiven Stimulus (US, z.b. leichter Stromstoß) kombiniert. Wiederholtes Training führt zu einer CS US Assoziation, und in folge zu einer konditionierten Angstreaktion bei alleiniger CS Präsentierung. Wird der CS Stimulus mehrfach ohne US Stimulus präsentiert, führt dies zu einer Abnahme der konditionierten Angstreaktion. Dieses Phänomen wird als Extinktion bezeichnet und hat eine große klinische Bedeutung in der Behandlung von Angststörungen. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die ITC teil haben bei feed-forward und feedback inhibitorischen Netzwerken, welche gleichzeitig In- und Outputs der Amygdala kontrollieren. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass Neuronen mit großen Zellkörpern, welche die mittelgroßen bedornten Neuronen umranden, Teil der ITC Schaltkreise sind. Diese umrandenden Neuronen zeigen auch afferente sensorische thalamische Verbindungen und reagieren in vivo auf noxische Reize. Des Weiteren konnten wir zeigen, dass diese Neuronen GABAerg sind und selektiv BLA-Interneurone innervieren. Zusammengefasst konnten wir neue Verbindungen und Funktionen der ITC identifizieren, welche die derzeitige Sichtweise auf die inhibitorischen und disinhibitorischen Verbindungen der Amygdala erweitert. Darüber hinaus unterstützen unsere Ergebnisse das Vorhandensein einer reziproken Interaktion zwischen ITC und BLA als Teil eines sensorischen Feedback-Netzwerks.