GABA Freisetzung aus Parvalbumin+- und CCK+-Interneuronen

Synapsen sind zentrale Kommunikationsstellen im Gehirn. Präsynaptische Endigungen setzen bei Stimulation eine chemische Substanz, den Transmitter, in den synaptischen Spalt frei und aktivieren spezifische Rezeptoren in postsynaptischen Zielzellen. Somit wird an der Synapse eine elektrische Wellenform in ein chemisches Signal konvertiert und wieder in ein elektrisches Ereignis umgewandelt. Das Gehirn von Säugetieren zwei Arten von Synapsen: erregende Synapsen, die Glutamat als Transmitter verwenden, und hemmende Synapsen, die Gamma-Aminobuttersäure (GABA) für die synaptische Signalübertragung einsetzen. Eine detaillierte Analyse ergab, dass GABAerge Synapsen in ihren funktionellen Eigenschaften sehr unterschiedlich sind, insbesondere im zeitlichen Verlauf der Transmitterfreisetzung. Die molekularen, subzellulären und zellulären Mechanismen, die dieser funktionellen Diversität zugrunde liegen, sind noch unbekannt. Im vorliegenden Projekt werden wir die Eigenschaften der Ausgangssynapsen von zwei häufig vorkommenden Typen von GABAergen Neuronen vergleichen: Interneurone, die das Kalzium-bindende Protein Parvalbumin (PV) exprimieren, und Interneurone, die das Neuropeptid Cholecystokinin (CCK) exprimieren. Die Ausgangssynapsen der beiden Arten von Interneuronen unterscheiden sich wesentlich im Zeitverlauf der Transmitterfreisetzung, die bei PV+-Interneuronen schnell und synchron und bei CCK+-Interneuronen langsam und asynchron ist. Wir wollen drei Hauptfragen beantworten: a. Was sind die biophysikalischen Mechanismen, die der unterschiedlichen Signalübertragung an den beiden Typen von inhibitorischen Synapsen zugrunde liegen? Wir werden Paar- und Multizell-Ableitungen in akuten Mausgehirnschnitten verwenden, um die GABAerge synaptische Signalübertragung auf genaueste Weise zu charakterisieren. b. Was ist die molekulare Maschinerie der synaptischen Vesikelfusion an den beiden Typen von inhibitorischen Synapsen? Wir wollen die Rolle von Rab3-interagierenden Molekülen (RIMs), zentralen Organisatoren der aktiven Zone, und Synaptotagminen, mutmaßlichen Kalziumsensoren der Vesikelfusion, untersuchen. c. Welche strukturellen Veränderungen sind mit der Freisetzung von GABA verbunden? Dazu verwenden wir die funktionelle Elektronenmikroskopie Flash and Freeze. Wir wollen GABAerge Neurone stimulieren und nach genau definierten Zeitintervallen durch Hochdruckgefrieren eine ultrastrukturelle Momentaufnahme erzeugen. Wir werden diesen innovativen Ansatz erstmals auf GABAerge Synapsen anwenden. Die Ergebnisse werden Schlüsselinformationen über die Mechanismen der inhibitorischen synaptischen Übertragung im Säugergehirn liefern. Weiterhin sie werden eine wichtige Basis darstellen, um inhibitorische Synapsen quantitativ in Netzwerkmodelle zu integrieren und die Pathomechanismen neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen zu verstehen, wie Schizophrenie, Autismus und neurodegenerative Erkrankungen, bei denen die GABAerge synaptische Übertragung oft gestört ist.