Die Rolle von TRPC1 in CA1-Neuronen des murinen Hippocampus

Abstract

Die klassischen (classical) "transient receptor potential"-Kanäle (TRPC1-TRPC7) bilden eine Familie von nichtselektiven Kationenkanälen, die Phospholipase C-abhängig aktiviert werden und in verschiedensten Geweben exprimiert werden.(z.B. Chung et al., 2006). Funktionelle Kanäle bestehen aus vier Untereinheiten und die Bildung von homo- bzw. heteromultimeren Kanälen führt zu unterschiedlichen Regulations- und Permeationseigenschaften. Im heterologen System, heteromultimerisiert TRPC1 mit und modifiziert dadurch die Eigenschaften von TRPC4 und TRPC5 (Strübing et al., 2001). In CA1 hippocampalen Neuronen werden TRPC1, TRPC4 und TRPC5 koexprimiert und in diesen Neuronen induziert die Aktivierung von Gq-koppelnden Rezeptoren einen Ca2+-abhängigen nichtselektiven Kationenstrom (ICAN; Congar et al., 1997). Es wird vermutet, dass TRPC-Kanäle an der Vermittlung des ICAN beteiligt sind, der Nachweis hierfür fehlt jedoch bis heute. Das Ziel dieser Arbeit war deshalb, zum einen die Charakteristika des Stroms zu beschreiben, der durch die Stimulation von metabotropen Glutamatrezeptoren (mGluRI) mittels (RS)-3,5-Dihydroxyphenylglycin (DHPG) in CA1-Neuronen des Hippocampus aktiviert wird. Zum anderen sollte die Rolle von TRPC1 bei der Vermittlung dieses Stromes analysiert werden, indem die Antworten zwischen Wildtyp- (WT) und homozygoter TRPC1-Knockoutmaus (TRPC1-/-) verglichen werden. TRPC1-/- Mäuse weisen keinen offensichtlichen Phänotyp auf (Dietrich et al., 2007) und die grobe Morphologie der hippocampalen Formation ist unverändert. Auf mikroskopischer Ebene zeigten CA1-Neurone der TRPC1-/- Maus, die mittels Golgi-Färbung markiert wurden, eine kleine jedoch signifikante Zunahme der Anzahl an Primärdendriten. Bei der Durchführung von Whole-Cell Voltage-Clamp Experimenten führte die Stimulation von mGluRI zur Generierung eines Stromes sowohl im WT als auch in der TRPC1-/- Maus. Die Strom-Spannungsbeziehung des DHPG-sensitiven Stroms war S-förmig (Min: -50 mV, Max: +40 mV, Umkehrpotential: -10 mV). Der Einwärtsstrom wurde durch extrazelluläre Kationen (Na+, Ca2+) getragen und durch die intrazelluläre Ca2+- und extrazelluläre Mg2+-Konzentration moduliert. Eine Besonderheit des ICAN war seine Spannungsabhängigkeit, da er ohne eine vorherige Depolarisation der Membran nicht induziert werden konnte und somit als Integrator von Rezeptoraktivierung und Membrandepolarisation fungierte (Koinzidenz). Der Hauptunterschied zwischen WT- und TRPC1-/- Maus war die signifikante Zunahme des Einwärtsstroms in Neuronen der TRPC1-/- Maus. Des Weiteren ergaben die durchgeführten Versuche, dass es erst zwei Wochen postnatal zu der beobachteten Zunahme des Stroms in der Knockoutmaus kam. Der Stromzuwachs resultierte nicht aus einer kompensatorischen Veränderung der Expression anderer TRPC-Isoformen in Neuronen der TRPC1-/- Maus. Die Analyse der Expressionslevel einzelner TRPC-Isoformen mithilfe der Isolation von mRNA aus hippocampalem Gewebe und qRT-PCR zeigte, dass das Vorkommen der Isoformen - mit Ausnahme von TRPC1 - vergleichbar war zwischen WT- und TRPC1-/- Maus. Um die physiologische Konsequenz des gesteigerten DHPG-sensitiven Einwärtsstroms in der TRPC1-/- Maus zu untersuchen, wurden Whole-Cell Current-Clamp Experimente durchgeführt. CA1-Neurone im WT und in der TRPC1-/- Maus wiesen ein vergleichbares Ruhemembranpotential auf. Die Stimulation von mGluRI im WT rief hauptsächlich eine schwache Zelldepolarisation und die Ausbildung bzw. Steigerung von Spikeaktivität hervor. Im Gegensatz dazu zeigten Neurone in der TRPC1-/- Maus induziert durch die Stimulation mit DHPG eine stärker ausgeprägte Depolarisation und eine größere Anzahl der Zellen, die sogenannte epilepsieartige Aktivität mit der Ausbildung von Plateaupotentialen (PP) aufwiesen. Eine schwache Strominjektion in der Anwesenheit des mGluRI-Agonisten erzeugte in Neuronen des WT entweder eine langsame Nachdepolarisation oder eine starke Depolarisation, die mit der Ausbildung von PP mit einer Dauer von bis zu 55 s nach Beendigung der Strominjektion einherging. Zusätzlich zu diesen Antworten zeigten Neurone in der TRPC1-/- Maus häufiger PP vergleichbar zum WT, jedoch signifikant kürzer in ihrer Dauer. Die dargestellten Ergebnisse legen die Vermutung nahe, dass TRPC1 eine negativ-regulatorische Funktion in CA1 hippocampalen Neuronen übernimmt. Hierbei reduziert TRPC1, vermutlich durch die Bildung von heteromultimeren Kanälen mit TRPC4 und TRPC5, den nichtselektiven Kationeneinstrom, der durch die Stimulation von mGluRI aktiviert wird. Die Deletion von TRPC1 führt zu einer gesteigerten Anzahl der Neurone, die in Antwort auf eine Membrandepolarisation bei gleichzeitiger Aktivierung von mGluRI mit der Entwicklung von PP reagieren. Da PP in die Ausbildung epilepsieartiger Aktivität involviert sind, scheint die physiologische Rolle von TRPC1 eine Modulation der Zellerregbarkeit in CA1 hippocampalen Neuronen zu sein