Expression und Eigenschaften von neuronalen MHC-Klasse-I-Moleküle im Gehirn von Weißbüschelaffen Callithrix jacchus)

In letzter Zeit haben mehrere Studien an Nagern gezeigt, dass in der Ontogenese und im adulten Gehirn, Moleküle des Immunsystems eine wichtige Rolle bei synaptischen Reorganisationsprozessen spielen. Es ist angenommen worden, dass neuronale MHC-Klasse-I (Haupthistokompatibilitätskomplex Klasse I) Gene Einfluss auf die Ausgestaltung und der selektiven Elimination von Synapsen im sich entwickelnden visuellen System und bei bestimmten Formen der Plastizität im Hippocampus, nehmen. Ziel dieser Studie war es die Expressionsmuster und die Level von MHC-Klasse-I (MHCI)-Molekülen während der Entwicklung des visuellen Systems und des Hippocampus in einem nicht-menschlichen Primaten, dem Weißbüschelaffen (Callithrix jacchus), zu erforschen. Der erste Teil dieser Arbeit beschreibt die Expression von MHCI Molekülen im visuellen Kortex von Weißbüschelaffen. Expressionsanalysen ergaben dass MHCI Genen sehr früh in der postnatalen Entwicklung in Neuronen hochreguliert werden. Dies geschieht in einem Stadium, in dem verstärkt Synaptogenese stattfindet und sich die Augendominanzsäulen ausbilden. Um festzustellen ob die Höhe der MHC-Klasse-I Genexpression durch die Aktivität der Retina reguliert wird, wurden die Tiere einer unilateralen Enukleation unterzogen, einer Methode, die zu visueller Deprivation eines Auges und damit zu einer Verschiebung der Augendominanz im visuellen Kortex führt. Als Reaktion auf die unilaterale Enukleation war die MHC-Klasse-I mRNA Expression erhöht. Außerdem zeigten immunhistologische Untersuchungen Intensitätsunterscheide bei der neuronalen MHC-Klasse-I-Immunoreaktivität in der Lamina IV des visuellen Kortex, welche bei den Kontrolltieren nicht beobachtet werden konnten. Das Muster der MHCI Immunoreaktivität deutet darauf hin, dass höhere Expressionslevel mit der Netzhautaktivität des intakten Auges in Verbindung stehen. Diese Beobachtungen beweisen, dass die neuronale MHC-Klasse-I-Expression im Gehirn von Primaten durch die neuronale Aktivität reguliert wird. Darüber hinaus deuten sie auf eine Rolle von neuronalen MHC-Klasse-I-Molekülen während der Synaptogenese im visuellen Kortex hin und erweitern dadurch frühere Erkenntnisse. Der zweite Teil der Arbeit beschreibt die Expression von MHCI-Molekülen im Hippocampus. MHCI mRNA ist auf hohem Niveau in allen Unterregionen des Hippocampus präsent (Gyrus dentatus, Hilus und die Regionen CA1-CA3). Allerdings wurde eine präsynaptische moosfaserspezifische Lokalisation von MHCI-Protein im Gehirn von Weißbüschelaffen beobachtet. MHCI-Moleküle sind präsent in den großen VGlut1-positiven Moosfaserenden, die Informationen an pyramidale Neuronen der CA3 Region schicken. Des Weiteren haben Ganzzellableitungen von Hippocampusschnitten gezeigt, dass die Applikation von Antikörpern, welche spezifisch die Aktivität von MHCI-Protein blockieren, eine signifikante Abnahme der Frequenz und eine vorübergehende Zunahme der Amplitude von sEPSCs (spontanen exzitatorischen postsynaptischen Potentialen) bei pyramidalen Neuronen in der CA3 Region bewirken. Diese Ergebnisse weisen auf eine Rolle von MHCI-Molekülen bei Prozessen der Plastizität von Moosfaser-CA3-Synapsen bei Primaten hin. Zusammengenommen, beschreibt die vorliegende Arbeit im Detail die Expression von MHCI-Molekülen im visuellen System und im Hippocampus von Weißbüschelaffen. Darüber hinaus erweitert sie frühere Kenntnisse an anderen Tiermodellen indem sie die Rolle von neuronalen MHCI bei der Synaptogenese im visuellen Kortex und bei der Plastizität der Moosfaser-Synapsen im Hippocampus aufzeigt

Synapse-Selective Control of Cortical Maturation and Plasticity by Parvalbumin-Autonomous Action of SynCAM 1

Summary: Cortical plasticity peaks early in life and tapers in adulthood, as exemplified in the primary visual cortex (V1), wherein brief loss of vision in one eye reduces cortical responses to inputs from that eye during the critical period but not in adulthood. The synaptic locus of cortical plasticity and the cell-autonomous synaptic factors determining critical periods remain unclear. We here demonstrate that the immunoglobulin protein Synaptic Cell Adhesion Molecule 1 (SynCAM 1/Cadm1) is regulated by visual experience and limits V1 plasticity. Loss of SynCAM 1 selectively reduces the number of thalamocortical inputs onto parvalbumin (PV+) interneurons, impairing the maturation of feedforward inhibition in V1. SynCAM 1 acts in PV+ interneurons to actively restrict cortical plasticity, and brief PV+-specific knockdown of SynCAM 1 in adult visual cortex restores juvenile-like plasticity. These results identify a synapse-specific, cell-autonomous mechanism for thalamocortical visual circuit maturation and closure of the visual critical period. : Ribic et al. show that cortical plasticity is actively restricted by the synapse-organizing molecule SynCAM 1. The protein acts in parvalbumin interneurons to recruit excitatory thalamocortical terminals. This controls the maturation of inhibition and actively limits cortical plasticity, revealing a synaptic locus for closure of cortical critical periods. Keywords: synapse, SynCAM, Cadm, visual cortex, critical period, plasticity, parvalbumin, thalamocortical input

Activity-dependent regulation of MHC class I expression in the developing primary visual cortex of the common marmoset monkey

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Several recent studies have highlighted the important role of immunity-related molecules in synaptic plasticity processes in the developing and adult mammalian brains. It has been suggested that neuronal MHCI (major histocompatibility complex class I) genes play a role in the refinement and pruning of synapses in the developing visual system. As a fast evolutionary rate may generate distinct properties of molecules in different mammalian species, we studied the expression of MHCI molecules in a nonhuman primate, the common marmoset monkey (<it>Callithrix jacchus</it>).</p> <p>Methods and results</p> <p>Analysis of expression levels of MHCI molecules in the developing visual cortex of the common marmoset monkeys revealed a distinct spatio-temporal pattern. High levels of expression were detected very early in postnatal development, at a stage when synaptogenesis takes place and ocular dominance columns are formed. To determine whether the expression of MHCI molecules is regulated by retinal activity, animals were subjected to monocular enucleation. Levels of MHCI heavy chain subunit transcripts in the visual cortex were found to be elevated in response to monocular enucleation. Furthermore, MHCI heavy chain immunoreactivity revealed a banded pattern in layer IV of the visual cortex in enucleated animals, which was not observed in control animals. This pattern of immunoreactivity indicated that higher expression levels were associated with retinal activity coming from the intact eye.</p> <p>Conclusions</p> <p>These data demonstrate that, in the nonhuman primate brain, expression of MHCI molecules is regulated by neuronal activity. Moreover, this study extends previous findings by suggesting a role for neuronal MHCI molecules during synaptogenesis in the visual cortex.</p