German Title: Modulation der GABAergen Übertragung im Netzwerk der zerebellären Sternzellen durch Neurotransmitter Spillover und synaptischen Cross Talk

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Abstract

Cerebellar stellate cells are interconnected interneurons located in the outer molecular layer. They provide inhibition to Purkinje cells, thereby modulating the final output of the cerebellum. In this work, electrophysiological means were employed to study the stellate cell network at the single synapse level. Sustained excitatory input invading the molecular layer was found to depress the chemical transmission between stellate cells, due to a decrease in the release probability of the inhibitory neurotransmitter ?-Aminobutyric acid (GABA). Analysis of synaptic parameters combined with the application of pharmacological tools indicated the involvement of metabotropic GABAB receptors and ionotropic L-?-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA)-receptors localized in the axon of stellate cells. Ca2+ imaging experiments performed with Two-photon Microscopy confirmed the role of presynaptic receptors in affecting the axonal Ca2+ signals that trigger GABA release. These findings support the relevance of presynaptic receptors and provide another example of neurotransmitter spillover and cross talk between synapses, enriching the scenario of signal transmission at central synapses.

Translation of abstract (German)

Zerebelläre Sternzellen sind miteinander verknüpfte Interneurone in der äußeren Molekularschicht, die die Purkinje Zellen inhibieren und dabei den finalen Output vom Kleinhirn modulieren. In der vorliegenden Arbeit wurde das Netzwerk von Sternzellen mittels elektrophysiologischer Methoden auf der Ebene einzelner Synapsen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass erhöhter erregender Input in der Molekularschicht zur Depression der chemischen Übertragung zwischen Sternzellen führt. Diese Depression ist zurückzuführen auf eine Reduktion in der Freisetzungswahrscheinlichkeit des inhibitorischen Neurotransmitters ?-Aminobuttersäure (GABA). Die Analyse der synaptischen Parameter kombiniert mit der Anwendung von Pharmaka zeigte die Beteiligung metabotropischer GABAB- Rezeptoren und ionotropischer L-?-Amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazol-propionsäure (AMPA)-Rezeptoren, die im Axon der Sternzellen lokalisiert sind. Ca2+-Imaging Experimente mit Hilfe der Zwei-Photonen Mikroskopie bestätigten die Rolle von präsynaptischen Rezeptoren bei der Modulation axonaler Ca2+ Signale, die die GABA Freisetzung auslösen. Diese Ergebnisse unterstützen die Relevanz von präsynaptischen Rezeptoren und erbringen neue Hinweise für Neurotransmitter Spillover und Cross Talk zwischen Synapsen und erweitern damit das Szenario der Signalübertragung in zentralen Synapsen.