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Hüls, Sandra (2014): α-Synuclein-Oligomere beeinflussen die exzitatorische synaptische Übertragung durch prä- und postsynaptische Mechanismen, AMPA-receptor-mediated excitatory synaptic transmission is enhanced by iron-induced α-synuclein oligomers. Dissertation, LMU München: Fakultät für Chemie und Pharmazie
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Abstract

Die α-Synuclein-Aggregation ist ein charakteristisches pathologisches Schlüsselereignis bei neurodegenerativen Erkrankungen, wie Morbus Parkinson (MP) und Demenz mit Lewy- Körperchen (DLB). Neuere Untersuchungen weisen darauf hin, dass α-Synuclein-Oligomere die wesentliche neurotoxische Spezies darstellen. Der zugrundeliegende Mechanismus konnte dabei noch nicht vollständig geklärt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde der Effekt verschiedener α-Synuclein-Oligomer-Präparationen auf die synaptische Übertragung in autaptischen neuronalen Kulturen untersucht. Applikationen von großen α-Synuclein- Oligomeren erhöhten selektiv die Amplitude von evozierten AMPA-Rezeptor-vermittelten synaptischen Strömen innerhalb von Minuten. Die Applikation von kleinen Oligomere erhöhte die Amplitude hingegen nicht. Die Amplituden der NMDA-Rezeptor-vermittelten synaptischen Ströme wurden von keiner der beiden Oligomerspezies beeinflusst. Die Biotinylierung von AMPA-Rezeptoren in akuten Hirnschnitten zeigte eine gesteigerte Rezeptorinsertion. Dies deutet auf einen postsynaptischen Mechanismus hin, bei dem die Ca2+-Konzentration erhöht wird. Weiterhin konnte bei den großen α-Synuclein-Oligomeren eine Veränderung an der Präsynapse beobachtet werden. Sowohl die Frequenz der spontanen postsynaptischen Ströme (sEPSCs) in kultivierten Neuronen als auch die synaptische Vesikelausschüttung in Synaptosomenpräparationen wurden nach Applikation großer α- Synuclein-Oligomere erhöht. Um zu untersuchen, ob α-Synuclein-Oligomere, induziert durch die synaptische Transmission, einen Effekt auf das neuronale Überleben hatten, wurden MTT-Assays durchgeführt. Es konnte ein Anstieg der Glutamat-Toxizität in Gegenwart von großen α-Synuclein-Oligomeren gezeigt werden, was auf einen exzitatorischen Mechanismus im neuronalen Überleben hindeutet.

Abstract

α-Synuclein aggregation is a characteristic pathological finding in neurogenerative diseases including Parkinson ́s disease and dementia with Lewy bodies. Recent findings suggest that α-synuclein oligomers represent the principal neurotoxic species however their mode of action is not fully understood. Here we studied the effect of various well-defined oligomeric α-synuclein preparations on synaptic transmission in autaptic neuronal cultures. Preparations leading to large oligomers but not those leading to small ones were found to enhance selectivity of the amplitude of evoked AMPA receptor but not NMDA receptor-mediated synaptic currents within minutes. AMPA receptor biotinylation studies in acute brain slices reveal a postsynaptic mechanism namely an enhanced receptor insertion. In addition we obtained evidence that large synuclein oligomers do have a presynaptic action as well: Both the frequency of spontaneous miniature synaptic current in cultured neurons as well as the synaptic vesicle release in synaptosomal preparations were enhanced following the application of α -synuclein oligomers. In order to work out if α-synuclein oligomer induced by enhanced excitatory synaptic transmission affect neuronal survival MTT assays were performed. Here we observed enhanced glutamate toxicity in the presence of large α- synuclein oligomers indicating that α-synuclein oligomers do alter neuronal survival via an excitotoxic mechanism.