Dynamik somatodendritischer Aktionspotenziale in hippocampalen CA1-Pyramidenzellen der Maus (Mus musculus; Linné, 1758) nach Kainat-induziertem Status epilepticus und unter Einfluss von NS5806

Abstract

Die intrinsische Erregbarkeit von Neuronen unterliegt einer fortwährenden physiologischen Regulation. Eine Fehlanpassung dieser Regulation während pathophysiologischer Prozesse kann epileptische Anfälle begünstigen und zur Entstehung einer chronischen Epilepsie beitragen. Die frühen molekularen Umstrukturierungsprozesse zum Beginn einer Epileptogenese sind für die spätere Ausprägung der Epilepsie ausschlaggebend, bisher jedoch wenig verstanden. In dieser Arbeit wurde die Epileptogenese im Kainat-Maus-Modell durch einen initialen Status epilepticus (SE) experimentell induziert. In hippocampalen CA1-Pyramidenzellen aus einer Hirnschnitt-Präparation von Kontrolltieren (Sham-Zellen) und direkt nach dem Kainat-induzierten SE (KA-Zellen) wurde nach Unterschieden in der Dynamik von Aktionspotenzialen (APs) gesucht, um diese als Indikatoren für frühe Veränderungen der neuronalen Erregbarkeit zu nutzen. KA-Zellen zeigten in somatischen Whole-Cell-Patch-Clamp-Ableitungen nach kurzen Depolarisationen eine längere AP-Latenzzeit als Sham-Zellen und einen Trend zu größeren Chronaxie-Werten, die auf Einschränkungen in der AP-Entstehung schließen lassen. Der AP-Verlauf zeigte in KA-Zellen einen flacheren Aufstrich und war insgesamt deutlich breiter als in Sham-Zellen. Zwischen Repolarisation und Nachdepolarisation zeigten die somatischen APs aller Sham-Zellen eine deutliche Kerbe (notch), die in den APs von 44 % aller KA-Zellen fehlte. Die Abwesenheit des notch korrelierte mit besonders breiten APs und einer erhöhten Amplitude von AP-assoziierten Ca2+-Transienten, die in Ca2+-Imaging-Experimenten am Soma gemessen wurden. Die SE-induzierten Veränderungen des AP-Verlaufs hatten aber keine Auswirkungen auf das Entladungsmuster von repetitiven APs in CA1-Pyramidenzellen. Ca2+-Transienten, die bei der retrograden AP-Weiterleitung im Apikaldendriten der CA1-Pyramidenzellen entstehen, wurden in KA-Zellen stärker abgeschwächt als in Sham-Zellen. Dies deutet auf eine geringere dendritische Erregbarkeit nach dem SE hin, die möglicherweise durch eine erhöhte Verfügbarkeit des Kv4.2-vermittelten somatodendritischen A-Typ K+-Stroms (ISA) hervorgerufen wurde. In pharmakologischen Experimenten wurde bei Anwesenheit des "Kv4-Aktivators" NS5806 ebenfalls eine verstärkte Abschwächung von dendritischen Ca2+-Transienten beobachtet, die dem Effekt eines SE ähnelte. Dieses Ergebnis steht im Einklang mit der erwarteten Potenzierung des Kv4.2-vermittelten ISA durch NS5806.

The intrinsic excitability of neurons is subject to continuous physiological regulation. Maladjustment of this regulation during pathophysiological processes can promote epileptic seizures and contribute to the formation of chronic epilepsy. Early molecular remodeling processes towards the beginning of epileptogenesis are a determining factor for the characteristics of subsequent epilepsy, but are not well understood. The present work utilizes the kainic acid mouse model to induce epileptogenesis via an initial status epilepticus (SE). Hippocampal CA1 pyramidal neurons out of a slice preparation of sham-treated animals (sham cells) and immediately after SE (KA cells) were tested for differences in action potential (AP) dynamics to be used as an early indicator for changes in neuronal excitability. After short depolarisations in somatic whole-cell patch-clamp recordings KA cells showed a longer AP latency than sham cells and a trend towards increased chronaxy values, suggesting an impairment of AP generation. APs in KA cells showed a reduced upstroke velocity and were collectively broader than APs in sham cells. The notch typically observable between terminating AP repolarization and beginning AP afterdepolarization in all sham cells was absent in 44 % of the APs in KA cells. The absence of the notch correlated with exceptionally broad APs and increased AP induced Ca2+ influx, determined in Ca2+ imaging experiments near the soma. SE induced changes in AP shape had no influence on repetitive AP firing pattern in CA1 pyramidal cells. Ca2+ transients, which arise from retrograde spread of APs along the apical dendrite, were attenuated more robustly in KA than in sham cells. This points to a reduced dendritic excitability after SE, that may be due to an increased availability of Kv4.2-mediated somatodendritic A-type K+ current (ISA). In pharmacological experiments an increased attenuation of dendritic Ca2+ transients, that resembles SE mediated effects, was also observed in the presence of the "Kv4 activator" NS5806. This result is consistent with an anticipated potentiation of Kv4.2-mediated ISA by NS5806.