Electrical synapses in the mammalian striatum

Abstract

Die Verwendung der Patch-Clamp Technik in den Experimenten ermöglichte eine detaillierte Analyse der biophysikalischen Eigenschaften einzelner Neuronen. Weiters wurde mit der Verwendung der konfokalen Mikroskopie das identifizierte, "via biocytin" gelabelte Neuron mit seiner Morphologie und möglichen elektrischen Synapsen in Verbindung gebracht.<br /> Die Basalganglien sind eine subcorticale Struktur im mammalischen Gehirn, die mit dem Striatum als seine Inputregion, bei der Regulation von Bewegung eine wichtige Rolle spielen. Das Ziel dieser Arbeit war es, Mechanismen innerhalb des Striatums, welches hauptsächlich cerebralen Cortex integriert und Outputs abstimmt , zu untersuchen. Um ein näheres Verständins der striatalen Funktion zu bekommen, ist es von großer Wichtigkeit die organisatorischen Prinzipien die den striatalen Mikrokreisläufe unterliegen aufzuklären. In dieser Arbeit wurde besonderes Interesse auf die intrastriatale Kommunikation durch elektrische Synapsen gelegt.<br /> Allgemein stimmen die gewonnenen Resultate gut mit bisheriger Forschung überein und zeigen, dass "fast spiking" (Fs) Interneuronen ausschließlich mit dornlosen Zelltypen kommunizieren. Außerdem verwenden Fs Interneuronen eine Informationsübermittlung durch elektrische Synapsen (gap junctions) weitaus häufiger als das medium spiny Neuron (Msn), welches die Hauptzellgruppe des Striatums darstellt. Ein auffallender Unterschied ergiebt sich jedoch zwischen dem Auftreten von Msn-Msn Kopplung in dieser Arbeit und in jener von Venance et al.<br />(2004), bei Verwendung von Tieren des gleichen Alters.<br /> Elektrische Kopplung stellt eine wichtige Eigenschaft der intrastratialen Funktion dar, die bisher noch nicht vollkommen verstanden wird. Die Adressierung der vermeintlichen Selektivität der Kopplung innerhalb neuronaler Subtypen, die zu unterschiedlichen Signalwegen gehören, wird ein wesentliches Ziel für zukünftige Forschung sein. Der Vorstoß dieser Arbeit wird sich in einer solchen Zuordnung der striatalen Konnektivität voraussichtlich als nützlich erweisen.<br />

The use of the patch clamp technique in the experiments enabled a detailed analysis of the biophysical properties of single neurons.<br />Furthermore the application of confocal microscopy correlated the identified, via biocytin filling labeled neuron to its morphological characteristics and presence of electrical synapses (gap junctions).<br /> The basal ganglia are a collection of subcortical nuclei in the mammalian brain. They are involved in the control and initiation of motor activity, with the striatum as its input region. The aim of this thesis has been to investigate the mechanisms intrinsic to the striatum that integrate mainly cerebral cortex and thalamus inputs and that adjust outputs. To gain a better understanding of striatal function it is of great importance to elucidate the organizational principles underlying the striatal microcircuits, whereas here the particular interest lies in the intrastriatal communication through electrical synapses. In general the obtained results correlate well with previous research, showing that fast spiking (Fs) interneurons are exclusively connected with aspiny cell types. Also Fs interneurons are much more likely to communicate through electrical synapses (gap junctions) than the medium spiny neurons (Msns) are, which represent the main cell type of the striatum. A striking difference however is noted between the incidence of Msn-Msn coupling in this study and in that of Venance et al., (2004), using animals of the same age.<br /> Electrical coupling represents an important feature of intrastriatal function which has yet to be thoroughly understood. Addressing the putative selectivity of coupling, within neuronal subtypes, between neurons belonging to separate signaling pathways, will be an important objective for future studies. The approach presented herein is likely to prove useful in such further mapping of striatal connectivity.