Die Rolle hippocampaler Interneurone in der Epileptogenese

Temporallappenepilepsie (TLE) ist die häufigste fokale Epilepsie. Die Patienten sprechen oft ungenügend auf ihre Therapie an. Eine Fehlfunktion hippocampaler Schaltkreise dürfte der Generierung spontan wiederkehrender epileptischer Anfälle zugrunde liegen. Wir konnten kürzlich zeigen, dass in Mäusen die funktionelle Ruhigstellung einer Untergruppe hippocampaler Interneurone, den sogenannten Parvalbumin (PV)-enthaltenden Korbzellen, die Entwicklung epileptischer Anfälle initiiert. Im vorliegenden Projekt wollen wir die Rolle drei weiterer Gruppen hippocampaler Interneurone im Rahmen der Entstehung von Epilepsie untersuchen: Diese sind Cholezystokinin (CCK)-enthaltende Korbzellen, die neben CCK entweder (1) den vesikulären Glutamattransporter 3 (VGLUT3) und den Cannabinoidrezeptor CB1 enthalten, oder (2) Vasoaktives Intestinales Polypeptid (VIP) exprimieren. Wie PV-enthaltende Korbzellen vermitteln diese Interneurone perisomatische Vorwärtshemmung an Pyramidenzellen. Die dritte Gruppe sind (3) Somatostatin-enthaltende O-LM Zellen, welche signifikante Rückwärtshemmung an Dendriten der Pyramidenzellen vermitteln. Mit Hilfe lokaler intra-hippocampaler Injektionen eines Tetanustoxin exprimierenden viralen Vektors in entsprechenden transgenen Mäusen werden wir diese Interneurongruppen selektiv funktionell inaktivieren. Anschließend untersuchen wir mit Hilfe telemetrischer EEG-Messungen und Videomonitoring über etwa zwei Monate das Entstehen spontaner epileptischer Anfälle (Epilepsie). In Hirnschnitten dieser Mäuse werden wir dann elektrophysiologisch den Verlust der Hemmung durch die Ruhigstellung der einzelnen Interneurone verifizieren. Mit Hilfe eines geeigneten viralen Vektors werden wir in diesen Interneuronen auch den Ionenkanal Channelrhodopsin-2 exprimieren. Dies wird es uns erlauben die einzelnen Interneurongruppen selektiv mit Licht zu aktivieren und die Regulation der GABA-Freisetzung durch präsynaptische Rezeptoren (CB1, mGluR) zu studieren. In einem dritten Versuchsansatz werden wir die früher beobachtete, späte (nach etwa einem Monat) Reduktion der Frequenz der epileptischen Anfälle untersuchen. Unsere Hypothese ist, dass diesem Abfall die Rekrutierung endogener antikonvulsiver Mechanismen zu Grunde liegt. Mit Hilfe von Immunhistochemie und in situ-Hybridisierung werden wir eine mögliche Aktivierung GABA-erger Neurone durch die spontanen Anfälle und damit verbunden, eine möglicherweise erhöhte Expression antikonvulsiv wirkender Peptide (z.B. Neuropeptid Y, Somatostatin), einen Abfall der CB1-Expression oder ein mögliches Auswachsen der Nervenenden dieser Interneurone untersuchen. Primäres Ziel des Projektes ist es, Komponenten der hippocampalen Schaltkreise zu identifizieren, die wesentlich an der Entstehung von TLE beteiligt sind. Darüber hinaus wollen wir endogene Mechanismen identifizieren, die durch spontane Anfälle induziert werden und ihrerseits an deren Beendigung beteiligt sind.

Wie spezielle Hirnzellen Epilepsie beeinflussen: Neue Erkenntnisse zur Rolle der Inhibition bei der Anfallskontrolle Dieses Forschungsprojekt hat entscheidend dazu beigetragen, die Rolle bestimmter hemmender Nervenzellen bei der Temporallappenepilepsie (TLE) besser zu verstehen - einer der häufigsten und am schwierigsten behandelbaren Epilepsieformen. Die Ergebnisse zeigen: Nicht alle hemmenden Zellen wirken schützend. Einige können, abhängig vom Zustand des Gehirns, epileptische Anfälle sogar begünstigen. Im Fokus standen zwei wichtige Typen von Interneuronen: Zellen, die das vasoaktive intestinale Peptid (VIP) exprimieren, und solche, die Somatostatin (SOM) produzieren. Beide wirken hemmend, greifen aber auf unterschiedliche Weise in die neuronalen Netzwerke ein. Mithilfe genetisch veränderter Mausmodelle wurden diese Zelltypen gezielt im Subiculum - einer zentralen Region für die Anfallsgenerierung - aktiviert oder deaktiviert. Die wichtigsten Erkenntnisse: - In epileptischen Mäusen führte die Deaktivierung von VIP-Interneuronen zu einer deutlichen Reduktion von Anfällen. Ihre Aktivierung hingegen verstärkte die epileptiforme Aktivität. - In gesunden Mäusen zeigten diese Eingriffe keine Effekte, was auf eine krankheitsabhängige Wirkung dieser Zellen hinweist. VIP-Zellen können unter pathologischen Bedingungen die Erregung im Netzwerk durch Enthemmung verstärken. - Die Deaktivierung von SOM-exprimierenden Interneuronen in gesunden Mäusen hatte schwerwiegende Folgen: Es kam zu spontan auftretenden Anfällen - ein klarer Hinweis auf ihre zentrale Rolle beim Schutz vor Übererregung. Diese Ergebnisse rücken die Vielfalt hemmender Interneurone ins Zentrum der Epilepsieforschung. Künftige Therapien könnten gezielt einzelne Zelltypen modulieren, anstatt pauschal die neuronale Hemmung zu fördern. Darüber hinaus wurde ein körpereigener Schutzmechanismus näher untersucht: Nach Anfällen produzieren sowohl hemmend als auch erregend wirkende Hirnzellen vermehrt Neuropeptid Y (NPY), das die Erregbarkeit senkt. Wird seine Wirkung pharmakologisch blockiert, treten verstärkte Anfälle auf - ein weiterer Hinweis auf seine Rolle als natürliches anfallshemmendes Neuropeptid und ein möglicher Ansatzpunkt für neue Medikamente. Technisch konnte das Projekt ebenfalls Fortschritte erzielen: Ein auf maschinellem Lernen basierender Algorithmus wurde entwickelt, der anhand eines einzigen EEG-Signals zwischen Schlaf- und Wachzuständen unterscheidet. Bisher war dafür eine weitere Elektrode zur Erfassung der Muskelaktivität notwendig. Der Hauptfokus lag dabei auf der Analyse von hochfrequenten EEG-Anteilen. Diese Methode kann die Schlafanalyse in Tiermodellen erheblich erleichtern. Zudem wurde ein in-vitro-Epilepsie-Modell etabliert, bei dem hippocampale Nervenzellen auf hochauflösenden Elektrodenarrays kultiviert werden. Dieses erlaubt Langzeitbeobachtungen der elektrischen Aktivität und gezielte Manipulation bestimmter Zelltypen sowie die Testung neuer anfallshemmender Substanzen ohne dass auf Tierversuche zurückgegriffen werden muss. Das Projekt mündete in mehrere wissenschaftliche Publikationen, förderte die Ausbildung von mehreren Nachwuchsforschenden und stärkte internationale Kooperationen. Insgesamt liefert es ein tieferes Verständnis epileptischer Netzwerke und eröffnet neue Perspektiven für gezielte Behandlungsansätze.