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Cerebellar granule cell-specific deletion of the AMPA receptor subunit GluR-D gene

Chen, Jing

German Title: Zelltypspezifische Ausschaltung der AMPA Rezeptor-Untereinheit GluR-D in Körnerzellen des Cerebellums

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PDF, English (chen jing-dissertation)
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Abstract

Ionotrope Glutamatrezeptoren spielen eine entscheidende Rolle bei physiologischen und pathophysiologischen Prozessen im Gehirn. Die Rezeptoren werden in drei Untergruppen eingeteilt aufgrund ihrer pharmakologischen Eigenschaften und ihrer Sequenzähnlichkeit. Diese sind die AMPA(alfa-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionic acid)-, und Kainat- und NMDA(N-methyl-D-aspartate)-bevorzugenden Rezeptoren. AMPA-Rezeptoren vermitteln schnelle erregende Weiterleitung an den meisten Synapsen des ZNS. Sie werden aus Kombinationen von vier Untereinheiten (GluR-A bis –D oder GluR-1 bis –4) gebildet und werden in verschiedenen Zelltypen unterschiedlich exprimiert. Cerebelläre Körnerzellen exprimieren nur die Gene GluR-D und GluR-B, die resultierenden Proteine bilden heteromere AMPA-Kanäle an den Moosfaser-Körnerzell(mf-gr)-Synapsen, durch die die Körnerzellen erregende Ströme von entfernten Hirnregionen erhalten. Die Körnerzellen ihrerseits leiten die Erregung an Purkinje-Zellen und andere inhibitorische Interneurone im cerebellären Kortex weiter. Wir haben selektiv die AMPA-Rezeptoruntereinheit GluR-D aus adulten cerebellären Körnerzellen entfernt (GrdeltaGluRD) durch Kreuzen von loxGluR-D Mäusen, in denen das Exon 11 von zwei loxP-Stellen flankiert wird, mit einer Linie, die Cre-Rekombinase selektiv in adulten cerebellären Körnerzellen exprimiert. In situ Hybridisierung und Immunzytochemie zeigten, dass in den Nachkommen die mRNA und das Protein der GluR-D-Untereinheit selektiv aus Körnerzellen entfernt waren. Die mRNA der GluR-B-Untereinheit bleibt auf Wildtyp-Niveau, das Protein dagegen zeigt ein erhöhtes Niveau. Diese Steigerung der GluR-B Expression erlaubt wegen der Bildung von wenig funktionellen homomeren GluR-B-Kanälen keine effektive Funktion von AMPA-Kanälen an mf-gr Synapsen: AMPA-Rezeptor-Ströme sind nahezu bei Null, es gab allerdings keinen Effekt bei der evozierten NMDA-Antwort. Wir erwarten dass die mf-gr Synapsen in vivo stumm sind, da es vermutlich keine ausreichende Depolarisation gibt, um eine Öffnung von NMDA-Rezeptor-Kanälen zu ermöglichen. In dieser Beziehung kopiert diese Mauslinie den Phenotyp der “Stargazer“-Mutation. Mikroarray-Analyse und Real-Time-PCR zeigten, dass die Entfernung der AMPA-Rezeptorexpression aus cerebellären Körnerzellen die Expression von vielen Genen beeinflusst. Trotz der nahezu entfernten AMPA-Ströme an mf-gr Synapsen haben GrdeltaGluRD-Mäuse keine motorischen Defizite, was auf kompensatorische Mechanismen hindeutet.

Translation of abstract (English)

Ionotropic glutamate receptors (iGluRs) play a major role in physiological and pathophysiological processes in the brain. The receptors are classified to three main subtypes on the basis of their pharmacological and electrophysiological properties and sequence identities. They are AMPA (alfa-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid)-preferring, kainate- preferring and NMDA (N-methyl-D-aspartate)-preferring receptors. AMPA receptors mediate fast excitatory transmission at most synapses in the CNS. They form from combinations of four subunits (GluR-A to –D or GluR-1 to -4) and are variously expressed in different cell types. Cerebellar granule cells express only the GluR-D and GluR-B genes, and the resulting proteins form the heteromeric functional AMPA channels at the mossy fiber-granule cell synapses (mf-gr), by which the granule cells get excitatory inputs from distinct brain regions and send them to Purkinje cells and other inhibitory interneurons in the cerebellar cortex. We selectively inactivated the AMPA receptor subunit GluR-D gene from adult cerebellar granule cells (GrdeltaGluRD) by crossing loxGluR-D mice, in which the exon11 is flanked by two loxP sites, with another line expressing Cre recombinase selectively in adult granule cells. In situ hybridization and immunocytochemistry studies showed that in the progeny, the GluR-D mRNA and protein are removed selectively from granule cells; GluR-B mRNA remains at wild-type levels, although the level of GluR-B protein increases. This increase in GluR-B expression, but the formation of poorly functional homomeric GluR-B channels, does not allow effective AMPA receptor function at the mossy fibre granule cell synapse: AMPA receptor responses are virtually abolished, but there was no effect on the evoked NMDA response. We expect that in vivo the mossy fibre to granule cell synapses are silent, as there might be no effective depolarization to allow opening of NMDA receptor channels. So in this regard the mouse phenocopies the stargazer mutation. Microarray analysis and real-time PCR showed that ablating AMPA receptor expression from cerebellar granule cells affects the expression of many genes. Despite the nearly abolished AMPA currents at the mf-gr synapse, GrdeltaGluRD mice have no motor impairments, likely indicating some compensatory mechanisms occurred.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Bading, Prof. Dr. Hilmar
Date of thesis defense: 25 October 2006
Date Deposited: 06 Nov 2006 11:28
Date: 2006
Faculties / Institutes: Service facilities > Interdisziplinäres Zentrum für Neurowissenschaften
Subjects: 570 Life sciences
Uncontrolled Keywords: NeuroscienceNeuroscience
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