Einfluss von reaktiven Spezies auf die elektrische Aktivität von Neuronen dorsaler Hinterwurzelganglien

Schink, Martin GND

Neurone dorsaler Hinterwurzelganglien (DRG-Neuronen) sind wichtige Schaltstellen zwischen peripherem und zentralem Nervensystem. Elementar für die elektrische Signalweiterleitung in DRG-Neuronen sind spannungsgesteuerte Natriumkanäle. Reaktive Spezies, die während vieler physiologischer und pathophysiologischer Prozesse gebildet werden, besitzen regulatorische Funktionen, sind aber auch assoziiert mit Neuropathien. Deshalb sollte der Einfluss reaktiver Spezies auf die elektrische Aktivität von DRG-Neuronen der Maus untersucht werden. Mit Hilfe der patch clamp-Methode konnte gezeigt werden, dass geringe Konzentrationen reaktiver Spezies, erzeugt durch das Oxidans Chloramin-T oder durch Blaulicht-Bestrahlung der Zellen, zu einer Verminderung der Aktionspotenzialfrequenz innerhalb 150 s führten. Nähere Untersuchungen ergaben, dass einzeln ausgelöste Aktionspotenziale in Wildtyp-DRG-Neuronen durch reaktive Spezies verbreitert wurden. Bei der Identifikation möglicher Ursachen wurde sich auf spannungsgesteuerte Natriumkanäle konzentriert. Aktionspotenziale von DRG-Neuronen, in denen der spannungsgesteuerte Kanal NaV1.8 fehlte, waren von reaktiven Spezies deutlich weniger betroffen. Dies deutete auf eine wichtige Rolle von NaV1.8 für die Sensitivität von DRG-Neuronen gegenüber reaktiven Spezies hin. Die Untersuchung von NaV1.8-Strömen zeigte, dass Chloramin-T vor allem den Maximalstrom des Kanals reduziert, während blaues Licht hauptsächlich die schnelle Inaktivierung verlangsamt. Andere Natriumkanäle waren von reaktiven Spezies weniger betroffen. Zur Untersuchung molekularer Angriffsorte wurden Natriumkanalchimären verwendet, die aus rNaV1.8 und dem weniger oxidationsempfindlichen Kanal rNaV1.4 zusammengesetzt waren. So zeigte sich für die Stromreduktion vor allem die Domäne I des Kanals NaV1.8 verantwortlich. Die in der vorliegenden Arbeit gezeigten Ergebnisse ermöglichen ein besseres Verständnis des komplexen Einflusses von reaktiven Spezies auf sensorische Signale.

Dorsal root ganglion neurons (DRG neurons) are essential signal relay stations at the transition of the peripheral to the central nervous system. Fundamental to the electrical signal conduction in DRG neurons are voltage-gated sodium channels. Reactive Species, which occur during physiological processes but also during pathophysiological conditions, have regulatory functions but are also associated with neuropathies. That is why the influence of reactive species on the electrical activity of DRG neurons of mice was investigated. By using the patch clamp method, it could be shown that low concentrations of reactive species, induced by applying the oxidant chloramine-T or by illuminating neurons with blue light, caused a reduction of the action potential frequency within 150 s. A closer look on single action potentials revealed that the same concentrations of reactive species caused the broadening of single action potentials in wild-type DRG neurons. To identify underlying mechanisms, the focus was laid on voltage-gated sodium channels. Action potentials elicited from neurons that lacked the voltage-gated sodium channel NaV1.8 were significantly less affected by reactive species. These results pointed to NaV1.8 as a major mediator of reactive species-sensitivity in DRG neurons. By investigating NaV1.8-currents, it was shown that chloramine-T preferentially reduces the maximum current while blue light mainly slows down fast inactivation. Other sodium channels however, were less affected by either treatment. To identify molecular targets of reactive species, sodium channel chimeras were used that were composed of rNaV1.8 and the channel rNaV1.4, which is less susceptible to oxidative modifications. With this strategy it could further be demonstrated that the reactive species-induced peak current reduction is mostly mediated by domain I of NaV1.8. The results presented in this thesis facilitate understanding the complex consequences of reactive species on sensory signals.

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Schink, Martin: Einfluss von reaktiven Spezies auf die elektrische Aktivität von Neuronen dorsaler Hinterwurzelganglien. Jena 2016.

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