Einfluss des Aquaporin 4 Kanals auf die Kaliumpufferung und die <em>Gap junction</em> Kopplung im Hippocampus der Maus

Abstract

ZIn dieser Arbeit wurde der Einfluss des <i>knock out</i> von AQP4 auf die <i>Gap junction</i> Kopplung und die K⁺- Pufferung nach neuronaler Stimulation untersucht. Für diese Untersuchungen wurden Experimente in akuten Hirnschnitten von AQP4ko Mäusen und WT Mäusen durchgeführt. <br /> Im ersten Teil der Arbeit wurde die gap - FRAP Methode für die Analyse der <i>Gap junction</i> Kopplung <i>in situ</i> getestet. Es wurden gap - FRAP Experimente in zwei Versuchsreihen durchgeführt. In der ersten Versuchsreihe erfolgte die Anregung der Fluoreszenz mit dem Argon - Laser und in der zweiten mit dem IR Laser. Für den Vergleich der astrozytären Kopplung wurde die maximale Fluoreszenzrückkehr nach dem Bleichen bestimmt. Die Daten der ersten Versuchsreihe lassen für AQP4ko Mäuse eine geringere astrozytäre Kopplung vermuten, als für WT Mäuse. Die Daten der zweiten Versuchsreihe sind Hinweis auf eine höhere Kopplung in AQP4ko Mäusen. Ursache für diese variablen Daten war vermutlich die heterogene Beladung der Astrozyten mit Fluorescin. <br /> Eine weitere Analyse der <i>Gap junction</i> Kopplung erfolgte durch die Bestimmung der Farbstoffausbreitung im Synzytium, nach der Injektion in einen einzelnen Astrozyten. Es wurde gezeigt, dass in adulten AQP4ko Mäusen mehr Astrozyten gekoppelt waren, als in den WT Mäusen. Auf Grund der Übereinstimmung dieser Daten mit den Ergebnissen der gap FRAP Experimente der zweiten Versuchsreihe, wird vermutet, dass der <i>knock out</i> von AQP4 die astrozytäre Kopplung beeinflusst. <br /> Die Etablierung der astrozytären Kopplung wurde in juvenilen Mäusen bis p13 untersucht. Die Bestimmung des Anteils gekoppelter Astrozyten zeigte, dass am Ende des untersuchten Zeitraums in AQP4ko Mäusen alle gemessen Astrozyten gekoppelt waren, während in WT Mäusen noch ungekoppelte Astrozyten identifiziert wurden. Für AQP4ko Mäuse wurde für einige Zeitpunkte eine höhere Kopplung, als für WT Mäuse gezeigt. Obwohl keine kontinuierliche Zunahme der Kopplung nachgewiesen wurde, können die vorliegenden Daten ein erster Hinweis für eine beschleunigte Etablierung der astrozytären Kopplung in AQP4ko Mäusen sein. <br /> Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde der Einfluss des AQP4 Kanals auf die K⁺- Pufferung untersucht. Nach antidromer Stimulation im Alveus wurde mit einer K⁺- selektiven Mikroelektrode die [K⁺]_o im Stratum pyramidale gemessen. Es wurde gezeigt, dass in AQP4ko Mäusen der normierte Δ[K⁺]_o im Stratum pyramidale geringer war, als in den WT Mäusen. Der kompensierende Wasserfluss bei der Aufnahme von K⁺ aus dem EZR ist in AQP4ko Mäusen eingeschränkt. Damit verbunden ist eine geringere Volumenabnahme des EZR in AQP4ko Mäusen, so dass die resultierende [K⁺]_o im Vergleich zu WT Mäusen kleiner ist. Die Analyse der Kinetik zeigte, dass bei einer geringen [K⁺]_o die Aufnahme von extrazellulären K⁺ in AQP4ko Mäusen verzögert ist. Dies ist vermutlich auf Veränderungen der gliale Na⁺/K⁺ ATPase in AQP4ko Mäusen zurückzuführen. <br /> Für die Untersuchung der Umverteilung des extrazellulären K⁺ wurde die K⁺- selektive Mikroelektrode schrittweise vom Stratum pyramidale zur hippocampalen Fissur bewegt. Die stimulationsinduzierte, normierte [K⁺]_o war ab einem Abstand von 300 µm vom Stratum pyramidale in AQP4ko Mäusen größer, als in WT Mäusen. In diesem Bereich strömt K⁺ und Wasser aus den Astrozyten in den EZR. Dies führt zur Volumenzunahme des EZR. Auf Grund des eingeschränkten Wasserflusses in AQP4ko Mäusen ist die Volumenzunahme des EZR geringer, so dass die resultierende [K⁺]_o höher ist, als in WT Mäusen. <br /> Diese Arbeit zeigt, dass der <i>knock out</i> des AQP4 Kanals vermutlich zu einer früheren Etablierung des astrozytären Netzwerkes in juvenilen Mäusen führt und in adulten Mäusen eine höhere astrozytäre Kopplung bewirkt. Weiterhin wurde gezeigt, dass die K⁺- Pufferung nach neuronaler Stimulation in AQP4ko Mäusen verändert war. Vermutlich ermöglicht die höhere <i>Gap junction</i> Kopplung in AQP4ko Mäusen nach neuronaler Stimulation die schnellere Umverteilung des aufgenommenen K⁺ und kompensiert somit den eingeschränkten Wasserfluss.