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<div class="csl-entry">Lechner, S. (2004). <i>Fine-tuning of neurotransmitter release via a G protein-mediated modulation of voltage-gated ion channels</i> [Dissertation, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-10745</div>
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Acetylcholine and ATP are the major transmitters in the sympathetic nervous system. Both exert their actions by activating ionotropic and/or metabotropic receptors. The activation of ionotropic receptors forms the basis for the fast communication between neurons, whereas the activation of metabotropic, G protein-coupled receptors, is associated with the short- and long-term modulation of neuronal activity. G protein-coupled receptors initiate branching cascades of intracellular events, including the modulation of voltage-gated ion channels. In the present work I investigated, how such a modulation of ion channels affects the release of neurotransmitters from sympathetic neurons. In the first part of the work I investigated the modulation of M-type potassium channels by muscarinic acetylcholine receptors (mAChRs) in primary cultures of rat superior cervical ganglion neurons. So far five different mAChR subtypes, termed M1 -M5, have been identified. By using the muscarinic receptor antagonists pirenzepine and muscarinic toxin 7, as well as the anticonvulsive drug retigabine, in radio-tracer release experiments to measure ³[H]noradrenaline release and in patch clamp experiments to measure M-current modulation, we could show that activation of M1 mAChRs triggers transmitter release from sympathetic neurons, and that the basis for this stimulation is the inhibition of M-type potassium channels. The second part of the work focuses on the question, if and by which mechanism the recently identified P2Y12 nucleotide receptor modulates voltage-gated Ca2+ channels and inhibits transmitter release from PC12 cells, which are ontogenetically related to sympathetic neurons. By using various P2Y receptor agonists and antagonists, such as ADP and AR-C69931MX, we could show that the activation of P2Y12 receptors mediates an inhibition of adenylyl cyclase and an inhibition of N-type Ca2+ channels. Moreover, we could show that activation of P2Y12 receptors reduces depolarization-evoked noradrenaline release and that the crucial step for this effect is the inhibition of voltage-gated Ca2+ channels. In addition, PC12 cells were generated that stably overexpress G protein #beta#1#gamma#2-dimers and the "G#beta##gamma#-scavenger" #alpha#-transducin, respectively. Patch clamp experiments performed with these cells revealed that the P2Y12 mediated inhibition of N-type calcium channels involves two distinct signalling pathways: a voltage-dependent mechanism, based on the presumed direct interaction of #beta#1#gamma#2-dimers with the calcium channel 1-subunit, and a voltage-independent mechanism that appears to require #beta##gamma#-dimers composed of different #beta# and #gamma# isoforms. Furthermore we show that an elevation of intracellular cAMP levels accelerates the activation kinetics of the inhibited Ca2+ channels. This accelerated channel activation markedly reduces the P2Y12 mediated inhibition of noradrenaline release.
en
dc.description.abstract
Azetylcholin und ATP sind die Haupt-Neurotransmitter im sympathischen Nervensystem. Beide entfalten Ihre Wirkung durch die Aktivierung ionotroper und/oder metabotroper Rezeptoren. Die Aktivierung ionotroper Rezeptoren bildet die Grundlage für die schnelle Kommunikation zwischen Nervenzellen, wohingegen die Aktivierung metabotroper, G Protein-gekoppelter Rezeptoren, generell die Effizienz der synaptischen Übertragung beeinflusst. Die Aktivierung G-Protein gekoppelter Rezeptoren löst eine Reihe zellulärer Antworten aus, unter anderem eine Modulation von spannungsabhängigen Ionenkanälen. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, welchen Einfluss eine solche Modulation von Ionenkanälen, im Besonderen die Modulation von N-Typ Ca2+ Kanälen und M-Typ K+ Kanälen durch muskarinische Azetylcholinrezeptoren beziehungsweise P2Y Nukleotid-rezeptoren, auf die Freisetzung von Noradrenalin aus sympathischen Neuronen hat. Im ersten Teil der Arbeit wurde der Einfluss der M-Kanal-Modulation durch Muskarin-rezeptoren in Primärkulturen der oberen Halsganglien der Ratte untersucht. Derzeit sind fünf Muskarinrezeptor Subtypen (M1 - M5) bekannt. Durch den Einsatz der Muskarin Rezeptor Antagonisten Pirenzepin und Muskarin Toxin 7 sowie des Antiepileptikums Retigabin, in Radiotracer Freisetzungs Experimenten zur Messung der Noradrenalin-freisetzung und in Patch-Clamp Experimenten zur Messung der M-Kanal Modulation, konnte gezeigt werden, dass die durch M1 Rezeptoren vermittelte Hemmung des M-Typ Kaliumkanals die Grundlage für die durch muskarinische Agonisten induzierte Noradrenalinfreisetzung ist. Der zweite Teil der Arbeit widmete sich der Frage, ob und durch welchen Mechanismus der kürzlich entdeckte P2Y12 Nukleotidrezeptor spannungsabhängige Calciumkanäle moduliert und dadurch die Noradrenalinfreisetzung aus PC12 Zellen beeinflusst. Durch den Einsatz verschiedener P2Y Rezeptor Agonisten und Antagonisten - wie zum Beispiel des antithrombotischen Wirkstoffes AR-C69931MX - konnte gezeigt werden, dass die Aktivierung von P2Y12 Rezeptoren zu einer Hemmung der Adenylylzyklase und zu einer Hemmung von N-Typ Calciumkanälen führt. Die Hemmung der Ca2+ Kanäle ist der entscheidende Schritt in der durch P2Y12 Rezeptoren vermittelten Reduktion der Noradrenalinfreisetzung. Des weiteren weisen Versuche mit heterolog überexprimierten G-Protein 12-Dimeren und dem "G#beta##gamma#-scavenger" #alpha#-transducin darauf hin, dass die Hemmung des N-Typ Calciumkanals auf zwei unterschiedlichen Mechanismen beruht: einem spannungsabhängigen Mechanismus der vermutlich auf der direkten Interaktion von G#beta#1#gamma#2 mit der Calcium Kanal #gamma#1-untereinheit basiert, und einem spannungsunabhängigem Mechanismus der ebenfalls #betagamma#-Dimere benötigt, deren Identität jedoch zur Zeit noch unklar ist. Darüber hinaus zeigen die Daten, dass eine Erhöhung des intrazellulären cAMP Spiegels die Aktivierungskinetik des durch G Proteine gehemmten Ca2+ Kanals beschleunigen, was die durch P2Y12 Rezeptoren vermittelte Hemmung der Noradrenalinfreisetzung stark vermindert - ein bislang weitgehend unbekanntes Phänomen.
de
dc.language
English
-
dc.language.iso
en
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dc.rights.uri
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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dc.subject
Neurotransmitter
de
dc.subject
Rezeptor
de
dc.subject
Aktivierung
de
dc.subject
GTP-bindende Proteine
de
dc.subject
Ionenkanal
de
dc.title
Fine-tuning of neurotransmitter release via a G protein-mediated modulation of voltage-gated ion channels
en
dc.type
Thesis
en
dc.type
Hochschulschrift
de
dc.rights.license
In Copyright
en
dc.rights.license
Urheberrechtsschutz
de
dc.contributor.affiliation
TU Wien, Österreich
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dc.rights.holder
Stefan Lechner
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tuw.version
vor
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tuw.thesisinformation
Technische Universität Wien
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tuw.publication.orgunit
E166 - Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften