Pangliale Gap Junction - gekoppelte Netzwerke im Thalamus der Maus und deren Beeinflussung durch Barreloidgrenzen und neuronale Aktivität

Abstract

Der Nucleus ventralis posteromedialis des Thalamus spielt eine wichtige Rolle in der somatosensorischen Informationsverarbeitung. Bei Mäusen enthält er längliche Zellansammlungen, die Barreloids genannt werden. Diese repräsentieren jeweils ein Tasthaar der Maus und projizieren auf einen zugehörigen Barrel im Kortex.<br /> Neben Neuronen spielen Astrozyten und andere Gliazellen eine wichtige Rolle für die Funktion des Gehirns. In den letzten Jahren wurde bekannt, dass Astrozyten, die untereinander große Netzwerke ausbilden können, weit mehr Funktionen als erwartet haben und eine sehr heterogene Gruppe darstellen. Bisher wurden gliale Netzwerke in Barreloids nicht untersucht.<br /> Ich habe eine Methode entwickelt, um diese Barreloids in akuten Hirnschnitten darzustellen. Mittels Elektrophysiologie, Immunhistochemie und Elektroporation in transgenen Mäusen mit zelltypspezifischer Fluoreszenz konnte ich die erste Struktur-Funktions-Analyse glialer Netzwerke in Barreloids durchführen. Ich konnte zeigen, dass die Netzwerke aus gekoppelten Gliazellen neben Astrozyten auch Oligodendrozyten enthalten. Die Ausbreitung von Biocytin und einem fluoreszierenden Glukosederivat in diesen Netzwerken war abhängig von neuronaler Aktivität und begrenzt durch die Barreloidgrenzen. Diese Grenzen wurden vor allem durch schwächer bis gar nicht gekoppelte Oligodendrozyten gebildet. Neuronale Somata waren gleichmäßig über die Barreloidfelder verteilt, während ihre Fortsätze vor allem in den Barreloids und parallel zu den Grenzen verliefen. Viele Astrozyten und Oligodendrozyten, die räumlich in einem glialen Netzwerk lagen, waren trotzdem nicht Teil dieses Netzwerkes.<br /> Wir gehen davon aus, dass Oligodendrozyten die Zellen darstellen, die die Ausbildung von kommunizierenden panglialen Netzwerken auf ein Barreloid begrenzen. Dieses Prinzip könnte wichtig sein, um die angemessene metabolische Versorgung von aktiven Neuronen in einem Tasthaar-Signalweg sicherzustellen.

<strong>Barreloid Borders and Neuronal Activity Shape Panglial Gap Junction-Coupled Networks in the Mouse Thalamus<br /></strong>The ventral posterior nucleus of the thalamus plays an important role in somatosensory information processing. It contains elongated cellular domains called barreloids, which are the structural basis for the somatotopic organization of vibrissae representation. So far, the organization of glial networks in these barreloid structures and its modulation by neuronal activity has not been studied. We have developed a method to visualize thalamic barreloid fields in acute slices. Combining electrophysiology, immunohistochemistry, and electroporation in transgenic mice with cell type-specific fluorescence labeling, we provide the first structure-function analyses of barreloidal glial gap junction networks. We observed coupled networks, which comprised both astrocytes and oligodendrocytes. The spread of tracers or a fluorescent glucose derivative through these networks was dependent on neuronal activity and limited by the barreloid borders, which were formed by uncoupled or weakly coupled oligodendrocytes. Neuronal somata were distributed homogeneously across barreloid fields with their processes running in parallel to the barreloid borders. Many astrocytes and oligodendrocytes were not part of the panglial networks. Thus, oligodendrocytes are the cellular elements limiting the communicating panglial network to a single barreloid, which might be important to ensure proper metabolic support to active neurons located within a particular vibrissae signaling pathway.