Vorkommen und Funktion von Erythropoietin und dessen Rezeptor im Nervensystem von Invertebraten

Die vorliegende Doktorarbeit liefert erste Hinweise für das Vorhandensein eines Erythropoietin/Erythropoietinrezeptor (EPO/EPOR) Signalsystems im Nervensystem von Invertebraten (Kapitel 2) und weist einen neuroprotektiven und neuroregenerativen Effekt von humanen EPO auf neuronale Zellen von Insekten in vivo (Kapitel 3) und in vitro (Kapitel 4) nach, die bisher nur im Nervensystem von Wirbeltieren beschrieben wurde. Da auch Gliazellen im EPO/EPOR Signalsystem von Vertebraten eine wichtige Rolle spielen, jedoch nur wenig über diesen Zelltyp bei Insekten bekannt ist, wurde zuvor die Verteilung von Gliazellen und das Glia/Neuronen-Verhältnis in Gehirnen von Locusta migratoria bestimmt. Des Weiteren wurden das Überleben, die Morphologie und mögliche Funktionen von Glia in Primärkulturen aus Heuschreckengehirnen untersucht (Kapitel 1). Kapitel 1: Das Verhältnis von Gliazellen zu Neuronen beträgt sowohl in intakten Gehirnen von L. migratoria (4. Nymphenstadium) als auch in frischen Primärkulturen der Gehirne 1:2. Mit zunehmender Dauer der Kultivierung vermindert sich der Anteil der Gliazellen innerhalb der ersten 5-6 Tage. Gliazellen behalten in vitro ihre Mobilität und die Fähigkeit, andere Zellen zu phagozytieren. Des Weiteren wurde eine Unterscheidung zwischen lebenden/gesunden und toten Zellen auf Grundlage von DAPI-Kernfärbungen etabliert. Weitere Analysen zeigten, dass sich tote Zellen vom Boden der Kulturschale ablösen und bei nachfolgenden Analysen nicht mehr erfasst werden. Dies könnte zu Fehlinterpretationen von Studien führen, die das Überleben von Zellen unter bestimmten Kulturbedingungen untersuchen. Kapitel 2: Mit Hilfe von Antikörpern, die gegen humanes EPO und den murinen EPOR entwickelt wurden, konnten sowohl Zellkörper als auch Neuriten in den zentralen Nervensystemen von Anneliden ( Hirudo medicinalis ), Crustacean (Procambarus spec.) und Insekten (Drosophila melanogaster, Locusta migratoria) gefärbt werden. Western Blot Analysen von Invertebratennervengewebe zeigten Proteinbanden mit ähnlicher Größe, wie sie für die entsprechenden Proteine von Vertebraten beschrieben wurden. Kapitel 3: Quetschung des peripheren Nervs N5 bei Chorthippus biguttulus induziert die Expression von iaEPOR in zentralen Bereichen des Metathorakalganglions. Die Gabe von rekombinantem, humanen EPO verbessert die axonale Regeneration der auditorischen Rezeptorfasern und führt zu einer schnelleren funktionellen Regeneration der akustischen Orientierung. Kapitel 4: Die Gabe von humanem, rekombinanten EPO fördert das Überleben von primärkultivierten Hirnneuronen von L. migratoria und Drosophila BG2 Zellen und schützt die Zellen vor hypoxischer Schädigung. Die Dosis-Wirkungskurve des protektiven Effekts von humanem EPO entspricht einer Optimumskurve. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass EPO das Neuritenwachstum kultivierter Hirnneurone von L. migratoria fördert. Beide Effekte wurden zuvor für Wirbeltierneurone nachgewiesen

Postactivation inhibition of spontaneously active neurosecretory neurons in the medicinal leech

Spontaneously active neurosecretory neurons in vertebrate and invertebrate nervous systems share similarities in firing frequencies, spike shapes, inhibition by the transmitters they themselves release and postactivation inhibition, an intensity-dependent period of suppressed spontaneous generation of action potentials following phases of high-frequency activity. High-frequency activation of spontaneously active serotonin-containing Retzius cells in isolated ganglia of the leech Hirudo medicinalis induced prolonged membrane hyperpolarisations causing periods of postactivation inhibition of up to 33 s. The duration of the inhibitory periods was directly related to both the number and rate of spikes during activation and was inversely proportional to a cell's spontaneous firing frequency. The periods of postactivation inhibition remained unaffected by both serotonin depletion through repeated injections of 5,7-dihydroxytryptamine and suppressing the afterhyperpolarisation following each action potential with tetraethylammonium (TEA), iberiotoxin or charybdotoxin, suggesting that neither autoinhibition by synaptic release of serotonin nor calcium-activated potassium channels contribute to the underlying mechanism. In contrast, the postactivation inhibitory period was significantly affected both by differential electrical stimulation of the same Retzius cells via microelectrodes filled with molar concentrations of either Na+-acetate or K+-acetate, and by partial inhibition of Na+/K+-ATPase with ouabain. Thus, postactivation inhibition in Retzius cells results from prolonged hyperpolarising activity of Na+/K+-ATPase stimulated by the accumulation of cytosolic Na+ stopduring phases of high-frequency spike activity

der Georg-August-Universität Göttingen

Expression and function of erythropoietin and its receptor in invertebrate nervous systems DISSERTATION zur Erlangung des mathematisch-naturwissenschaftlichen Doktorgrades "Doctor rerum naturalium&quot