Neuronale Schaltkreise des Subiculums in der Epileptogenese

In Europa leiden etwa 2,6 Millionen Menschen an Epilepsie. Dies bedeutet eine signifikante Reduktion der Lebensqualität der Patienten und Patientinnen, und stellt eine hohe Belastung für das Gesundheitssystem dar. Ein hoher Prozentsatz dieser PatientInnen erreicht durch die heute zur Verfügung stehenden antiepileptischen Therapien keine ausreichende Anfallsfreiheit. Es besteht daher ein hoher Bedarf die grundlegenden Pathomechanismen der Epilepsie (Epileptogenese) zu erforschen um mögliche neue Angriffspunkte für Antiepileptika zu identifizieren. In den vergangen Jahren verdichteten sich Hinweise, dass das Subiculum, über welches der Hippocampus wesentlichste Projektionen und Informationen an andere Hirnareale weitergibt, aktiv an der Generierung epileptischer Anfälle beteiligt ist. In Tiermodellen der Temporallappenepilepsie (TLE) sterben im Subiculum selektiv Parvalbumin-hältige Interneurone, die eine wichtige hemmende Funktion für die Region ausüben. Wir konnten ebenfalls zeigen, dass afferente Calretinin-enthaltende Neurone des Nucleus reuniens thalami degenerieren. Beide Schädigungen korrelieren mit der anschließenden Anfallshäufigkeit der Tiere. Ein selektiver Verlust Parvalbumin enthaltender Neurone wurde auch in TLE-Patienten mit und ohne Ammon`s Horn-Sklerose beschrieben, was die Rolle dieser Neurone für die mögliche Entstehung der Epilepsie weiter unterstreicht. Im vorliegenden Projekt untersuchen wir in Mäusen den Einfluss funktioneller Inaktivierung bzw. Aktivierung Parvalbumin-hältiger Neurone im Subiculum und afferenter Calretinin-enthaltender Neurone aus dem Nucleus reuniens thalami auf die Krampfbereitschaft und Entwicklung von Epilepsie. Mit Hilfe lokaler stereotaktischer Injektionen eines viralen Vektors (AAV-FLEX-TeLC) in das Subiculum bzw. in den Nucleus reuniens thalami von Mäusen, die in Parvalbumin- bzw. Calretinin enthaltenden Zellen Cre- Recombinase bilden, wird in diesen Zellen lokal Tetanustoxin produziert, das die Transmitterfreisetzung von den Zellen hemmt und dadurch funktionell inaktiviert. Der Einfluss dieser Behandlungen auf die Entstehung spontaner epileptischer Anfälle wird mit Hilfe von telemetrischer EEG-Erfassung und Slice-Elektrophysiologie untersucht. In Umkehr dieser Experimente, werden wir weiters in Parvalbumin- und Calretininneuronen einen artifiziellen Rezeptor exprimieren, der durch Injektion eines für diesen Rezeptor spezifischen Liganden diese Zellen aktiviert. Wir postulieren, daß wir über diese zweite Technologie die feed-forward-Hemmung im Subiculum verstärken und und einen antikonvulsiven Effekt durch die Behandlung zeigen können. Ferner planen wir auch in Gewebeproben von TLE Patienten nach neurochemischen Korrelaten zu den Veränderungen in der Ratte, insbesondere den Verlust Calretinin-enthaltender Projektionsfasern im Subiculum, zu suchen.

Die Erregungsweiterleitung im Hippocampus erfolgt durch erregende (exzitatorische) Schaltkreise. Diese unterliegen einer potenten und sehr genauen Regulation durch hemmende Interneurone. Es sind über zwanzig anatomisch und funktionell verschiedene Interneurone beschrieben. Funktionell scheinen zwei Gruppen besonders bedeutend zu sein: 1. Korbzellen, die das Calcium-bindende Protein Parvalbumin bilden, direkt oder nahe an Zellkörpern von Pyramidenzellen angreifen und dort eine starke Vorwärtshemmung vermitteln. 2. Interneurone des Stratum oriens, die das Neuropeptid Somatostatin enthalten, zum Stratum lacunosum moleculare projizieren (O-LM-Zellen) und dort an Dendriten der Pyramidenzellen eine Rückwärtshemmung vermitteln. Es wurde postuliert, dass eine verringerte Funktion dieser Interneurone zu Epilepsie führen kann. Um dies zu beweisen haben wir beide Interneuronentypen lokal (in der CA1 Region und dem anschließenden Subiculum) in Mäusen funktionell ausgeschaltet. Hierfür haben wir transgene Mäuse verwendet, die ausschließlich in Parvalbumin enthaltenden Korbzellen oder in O-LM-Zellen ein Enzym, die Cre-Recombinase, bilden. In den Hippocampus (CA1/Subiculum) dieser Mäuse haben wir einen viralen Vektor injiziert, der nur in Neuronen, die die Cre-Recombinase enthalten, die Expression von Tetanustoxin bewirkt. Tetanustoxin wird daher nur lokal an der Injektionsstelle und nur in den Parvalbumin bzw. Somatostatinneuronen gebildet. Es ist für die Neurone nicht schädlich, hemmt aber die Freisetzung von GABA selektiv aus diesen Neuronen. Es stellt sie also funktionell still ohne sie zu zerstören. Wir charakterisierten die selektive Expression von Tetanustoxin, wie auch die funktionelle Ruhigstellung mit Hilfe neuroanatomischer und elektrophysiologischer Experimente. Sowohl Ruhigstellung von Parvalbumin- als auch jene von Somatostatin-Neuronen bewirkte die Entstehung von spontanen epileptischen Entladungen bzw. epileptischen Anfällen. Wir haben diese mit Hilfe von telemetrischen EEG- und Videoaufzeichnungen charakterisiert. Wir zeigten auch, dass schon vor dem Auftreten der epileptischen Anfälle die Anfallsschwelle erniedrigt war und dass eine vorübergehende Ruhigstellung der Neurone nicht ausreicht, um spontane Anfälle zu induzieren. Ein weiterer interessanter Befund war, dass die Frequenz der spontanen Anfälle nach etwa sechs Wochen nachlässt. Gleichzeitig kommt es zu einer vermehrten Expression von Neuropeptid Y und einer Reduktion von Cannabinoidrezeptoren (CB1) im Hippocampus, was auf die Entwicklung endogener protektiver Mechanismen hindeuten könnte.