Synapsen und Erkrankungen in Ca2+ Kanal alpha2delta Mausmodellen

Im zentralen Nervensystem (ZNS) steuert Kalzium als second messenger eine Vielzahl neuronaler Funktionen wie die Freisetzung von Neurotransmittern, die Regulation der Genexpression sowie neuronale Plastizität. Eine wichtige Kalziumquelle in der Zellmembran von Nervenzellen bilden spannungsabhängige Kalziumkanäle, welche aus einer Poren-bildenden alpha1 Untereinheit und den unterstützenden alpha2/delta und beta Untereinheiten bestehen. Die Hauptaufgabe der beta Untereinheit liegt im Membraneinbau des Kanalkomplexes und ist mittlerweile gut dokumentiert, die Funktionen der großteils extrazellulären alpha2/delta Untereinheiten sind hingegen weniger gut beschrieben. In neueren Forschungen konnten erstmals Beteiligungen einzelner alpha2/delta Isoformen an der Synaptogenese, der zentralen Schmerzverarbeitung und an Wechselwirkungen mit der extrazellulären Matrix gezeigt werden. Inwiefern alpha2/delta Untereinheiten diese Funktionen auch in ZNS- Nervenzellen mit gleichzeitig 3 unterschiedlichen Isoformen ausführen ist nicht bekannt. Es ist folglich zu erwarten, dass alpha2/delta Isoformen einerseits redundante und andererseits spezifische neuronale Aufgaben erfüllen. Um die Folgen des Fehlens einzelner alpha2/delta Untereinheiten zu untersuchen (loss of function) haben wir daher Zuchtkolonien von knockout Mäusen aller neuronalen Isoformen (1, 2 und 3) aufgebaut. Speziell die Auswirkungen eines alpha2/delta-1 Knockouts auf ZNS Erkrankungen wurden, im Gegensatz zu alpha2/delta-2 und -3, bisher nicht untersucht. Gabapentin und Pregabalin, zwei Medikamente zur Behandlung von Allodynie und Epilepsie, binden an genau diese Untereinheit. In Verhaltensexperimenten werden wir daher testen, inwieweit sich ein Fehlen von alpha2/delta-1 auf die Krampfschwelle sowie das Angstverhalten der betroffenen Mäuse auswirkt. Die Züchtung dreier unterschiedlicher Doppel-knockout Mäuse erlaubt uns den Beitrag einzelner alpha2/delta Isoformen zu neuronalen Funktionen zu isolieren und gegenseitig Kompensationsmechanismen auszuschließen. Hippocampusneurone dieser Mäuse werden in vitro mittels Immunzytochemie, eines Fluoreszenz-Tests für die Fusion synaptischer Vesikel und Elektrophysiologie hinsichtlich Synaptogenese, synaptischer Funktion und der Kalziumströme charakterisiert und letztendlich mit den Ergebnissen eines kompletten alpha2/delta Knockdowns, entweder in Triple-knockout Mäusen oder durch zusätzlichen siRNA Knockdown, verglichen. Des Weiteren werden die genauen prä- und postsynaptischen Lokalisationen der alpha2/delta Isoformen mittels Fluoreszenzmikroskopie Epitop-markierter alpha2/delta Untereinheiten in Hippocampusneuronen untersucht. Die Verwendung von alpha2/delta-1 mit einem extrazellulären Epitop wird zusätzlich die proteomische Analyse und Identifizierung neuer Interaktionspartner ermöglichen. Die Entschlüsselung der Funktionen neuronaler alpha2/delta Kalziumkanaluntereinheiten ist ein wichtiger Schritt um die Grundlagen der Signalweiterleitung im Nervensystem zu verstehen. Die Ergebnisse dieser Studie werden daher dazu beitragen die Mechanismen von ZNS Erkrankungen aufzuklären und damit zukünftige Forschungsrichtungen zu beeinflussen.