Entkopplung von Astrozyten als Ursache von Temporallappenepilepsie

Abstract

Astrozyten sind der häufigste Zelltyp im menschlichen Gehirn. Die ursprüngliche Sichtweise, dass die Astrozyten nur als eine Art Kitt für die Neurone dienen, ist seit mehreren Jahren widerlegt. Zahlreiche Versuche zeigen, dass Astrozyten unerlässlich für die Aufrechterhaltung der Homöostase im Gehirn sind. Zu ihren Aufgaben zählen das Versorgen der Neurone mit Metaboliten, die Pufferung der extrazellulären Kalium Ionen und Neurotransmitter nach neuronalen Aktivität, die Regulation des Wasserhaushalts und vieles mehr. Darüber hinaus exprimieren Astrozyten Kanäle und Rezeptoren für unterschiedliche Neurotransmitter und Second Messenger. Dadurch sind diese Zellen in der Lage, direkt mit Neuronen zu kommunizieren. Das beinhaltet sowohl die Fähigkeit, neuronale Signale zu empfangen und darauf zu reagieren, als auch die Fähigkeit, auf die neuronale Aktivität einen Einfluss auszuüben und sogar über größere Distanzen neuronale Aktivität zu koordinieren. Bei einer Reihe von neurologischen Erkrankungen, einschließlich der Epilepsie, sind Fehlfunktionen der Astrozyten festgestellt worden. Dazu zählt die Entkopplung der Astrozyten, die im Gehirngewebe von Epilepsiepatienten beobachtet wird. Es ist aber nicht klar, ob diese Fehlfunktionen Folge oder Ursache der Pathologie darstellen. Mithilfe eines Kainat-induzierten Epilepsiemodells konnte in der Maus gezeigt werden, dass die Entkopplung der Astrozyten bereits vor dem Auftreten erster spontaner Anfälle auftritt und somit einen kausalen Effekt darstellt. Eine weitere gemeinsame Komponente, die sowohl bei Epilepsiepatienten als auch in Epilepsiemodellen bei Nagern auftritt, ist eine erhöhte Expression proinflammatorischer Zytokine wie IL-1β und TNFα.<br /> In dieser Arbeit wurde untersucht, ob die gefundene Entkopplung der Astrozyten durch pro-inflammatorische Zytokine induziert wird. Für die Untersuchung der funktionellen Kopplung wurde die Biozytin-Diffusionsmethode angewandt, die auf der Patch-Clamp-Methode basiert. Inkubation akuter hippokampaler Gewebeschnitte mit den Zytokinen IL-1β und/oder TNFα oder LPS führte tatsächlich zu einer signifikanten Reduktion der Kopplung. Die entkoppelnde Wirkung von IL-1β und TNFα konnte mit db-cAMP verhindert werden. Des Weiteren wurde eine chronische Entzündung durch eine einmalige i.p. Injektion von LPS ausgelöst und deren Auswirkung auf die Kopplung der Astrozyten und die Expression einiger Proteine im Hippokampus untersucht. Am Tag 5 nach LPS-Injektion war die Kopplung zwischen den Astrozyten signifikant reduziert. Das stimmt mit unserer These überein, dass proinflammatorische Zytokine eine hemmende Wirkung auf die Gap Junction-vermittelte Kommunikation in vivo ausüben. Weiterhin konnte eine Entkopplung durch Behandlung der Tiere mit dem Antiepileptikum Levetiracetam verhindert werden. Damit wurde ein weiterer potentieller antiepileptischer Wirkmechanismus von Levetiracetam identifiziert. Die Analyse der Proteinexpression ergab, dass die Entkopplung sowohl mit verminderter Expression von Cx43 als auch mit einem veränderten Phosphorylierungsmuster des Proteins einhergeht. Darüber hinaus hatte die chronische Entzündung sich auf die Expression von TAK-1 und p38 ausgewirkt. Die LPS-induzierte Reduktion der Expression von TAK-1 und p38 konnte mit LEV rückgängig gemacht werden.<br /> Ergänzend wurde im Rahmen dieser Arbeit ein HT-induziertes Epilepsiemodell an hGFAP-EGFP-Mäusen etabliert. In Analogie zu Experimenten an Ratten hatten rund ein Viertel der untersuchten Mäuse spontane Anfälle entwickelt. Bei rund 30 % der Tiere konnte eine signifikante Reduktion der Kopplung festgestellt werden. Da während HT verstärkt proinflammatorische Zytokine freigesetzt werden, ist das ein weiteres Indiz dafür, dass die Entkopplung der Astrozyten zu den grundlegenden Mechanismen der Epileptogenese gehört.