Wenn Synapsen sauer werden

Wenn Synapsen sauer werden-Einflsse des intrazellulren pH und CO2 auf Neurotransmission

DAAD RISE WeltweitVollstipendium, Forschungspraktika bis 12 WochenNach dem Physikum, Abschluss Teil 1. StaatsexamenDatenbank weltweiter ProjekteUniversity of Kentucky Cooper LabMomentan an der UK: Felicitas Koch (VMF Leipzig)Alumni Treffen MnsterKontakt: sandra.bluemich@gmail.com

Rise ZeichenFOTO2GliederungModellorganismenPhysiologischer HintergrundVersuchsdurchfhrungErgebnisseFlusskrebsDrosophilaZusammenfassung

Ergebnisse zu den beiden Modellorganismen (wegnehmen und nur sagen?)3Modellorganismen

www.seagrant.umn.edu/ais/img/rustycrayfish/rusty_crayfish_01_high.jpg

upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dc/Drosophila_repleta_lateral.jpg

Glutaminerge Synapsen; ionotroper Glutamatrezeptor (NMDA) (pH sensitiv, durch Protonierung)Lange Geschichte, viel erforschtVerhalten und DissektionIntervertebraten: Diskussion um Vertrebraten, auch Fadenwrmer, Zebrafische genutzt (Embryologie, Regenerationspotentiale), viele Knock outs in Drosophila, hochkonservierte Gene4Flusskrebse

5Drosophila

Intrazellulre Potentiale, Imaging gesamter fiber da sehr dnnMinisDorsale und ventrale Sektion, je nachdem ob Herz oder MuskelprparationHerz: ventralMuskel: dorsal6Vernderung des pH-Werts: AcidoseRespiratorische AcidoseMetabolische AcidoseHypoxieIschmie

O2CO2H+

Hintergrund

http://www.biologie-schule.de/img/synapse1.gif8Elektrophysiologie1) Ruhemembranpotential2) Spontaneous Quantal Events (Minis)3) EPSP: exzitatorische postsynaptische Potentiale

9Ruhemembranpotential

http://www.gesundheit.de/sites/default/files/images/roche/pics/a33790.000-1_big.gif

Depolarisation

Jetzt: http://www.google.nl/imgres?imgurl=https://classconnection.s3.amazonaws.com/142/flashcards/262142/png/action_potential1334220921593.png&imgrefurl=https://www.studyblue.com/notes/note/n/neuro-327-chap-2/deck/5335910&h=600&w=799&tbnid=WGtJI6TW6YFdHM:&zoom=1&docid=qgTtDh0Bc08oRM&ei=hrFXVfH4LoGqsQHZ34HIAQ&tbm=isch&client=safari&ved=0CEcQMygdMB0

http://images.tutorvista.com/content/nervous-coordination/axon-membrane-stages.jpeg

http://bioserv.fiu.edu/~walterm/Fund_Sp2004/musc_skel/Export%20Folder/f7-4_ion_channels_and_t_c.jpg

11Spontaneous Quantal EventsSpontanes Freisetzen Neurotransmitter ohne Stimulationnur wenige VesikelAbhngig von der intrazellulren Ca2+-Konzentration

http://www.google.de/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww.nature.com%2Fnrn%2Fjournal%2Fv16%2Fn1%2Fimages%2Fnrn3875-f5.jpg&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.nature.com%2Farticles%2Fnrn3875&h=624&w=946&tbnid=fbqoOibcVGqmNM%3A&zoom=1&docid=P5CAniBP0WRPJM&ei=rJdXVev3OIirsQGCoICwBA&tbm=isch&iact=rc&uact=3&dur=2447&page=1&start=0&ndsp=14&ved=0CDkQrQMwCA

Minis: http://www.nature.com/nature/journal/v388/n6645/images/388874ab.tif.2.gif12EPSPExzitatorisches postsynaptisches PotentialNach Stimulation des Nerven messbarStrkere Depolarisation als Minis

Versuchsdurchfhrung

Klassischer AufbauIntrazellulre Elektrode, aber noch auen Elektrode, um Potentialunterschied zu messen

http://www.bio.miami.edu/tom/courses/protected/ECK/CH06/figure-06-15a.jpg14Hintergrund

Ammoniumchlorid (NH4Cl)NH3+ H+NH4+pHH+Propionsure(C3H6O2)H+CO2HCO3- + H+CANH3+ H+

www.domendos.com/uploads/pics/Projektreview_03.jpgErgebnisse

Flusskrebs Neuromuskulre Endplatte

basischsauer

NH4Cl (60mMol) added, goes into neuron, Na/H+ Antiporter begins to work, wash out, acidic intracellularIncrease in amplitude after acidificationLow Na due to exchange NH4Cl (to keep osmolarity)Bei basisch EPSP noch gering, wenn sauer geht stark hoch, beruhigt sich dann aber auch wiederRP: normal, bei Alkalisierung Depolarisation, bei Acidifizierung Repolarisation17

Flusskrebs Neuromuskulre Endplatte

basischsauer

After washout quick recovery in EPSP (after few minutes (3-4))Slow recovery concerning the pH (30)In Salzlsung als Referenz, dann mit CO2 deutliche Abnahme (s. auch Folie 12, Nulllinie), kann ausgewaschen werdenZweite Graphik mit pH Imaging (an Wright State University, OH):Grn fr normalen pH, zu Beginn in Salzlsung normal, dann mit CO2 gering, kann ausgewaschen werdenAllerdings Hhe der Amplitude schnell wieder regenerierbar durch CO2 Auswaschung, aber pH nur langsam auf ursprngliches Niveau

18Flusskrebs Neuromuskulre Endplatte

NH4Cl60mmol/lCO2+NH4Cl

Measurement EPSP after stimulationSaline normal, as referenceWith CO2 no response; CO2 and glutamate no response also (no depolarization even if transmitter added!)Recovery after washoutDepolarization with low pH (but not with CO2); but no response with glutamate Recovery after washout

Mit Glutamat Desensibilisierung, erst EPSP (starke Depolarisation), dann nicht mehr, auch mit saurem pHWenn CO2 dazu, dann gar nichtsSieht hier leider etwas verzerrt aus, weil gar keine Antwort.

But add glutamate in saline ...rapid depolarization then back to resting membrane potential due to the glutamate receptors desensitizing and not being open while being desensitized.

However with CO2 and glutamate ...no depolarization... Maybe that is why EPSPs not observed...

19Drosophila Neuromuskulre Endplatte

basischsauer

Same as Crayfish: when basic then depolarization, when acidic lowering RPDecrease in apmplitude of EPSP upon alkalizationJumps up when acidification occurs, but then decreasesHier genau gleich, wie eben am Flusskrebs erklrt:Bei Alkalisierung RP depolarisiert, dann bei Ansuerung wieder Repolarisation, nicht auf ursprnglichen WertDann bei EPSP Amplitude: hier geringer bei Alkalisierung (nicht so Flusskrebs), aber bei Ansuerung gleiches Bild: erhhte AmplitudepH Messung wie Flusskrebs; erholt sich nur langsam 20Drosophila Neuromuskulre Endplatte

RP angeschautLow RP with pH 7.2 (physiological)When pH reduced to 5.0 slight depolarization, when glutamate added strong depolarization (physiological, thats the way it should work)Again back to low RP upon recoveryWhen CO2 added slight depolarization, but clearly not as strong; when glutamate added no depolarization somehow blocks the glutamate receptorsSame thing shown in second graph (might leave it out, only have half an hour to present)Also was hier interessant ist: CO2 mit anderer Wirkung auf RP als pH; wenn prsynaptisch, dann drfte die Sache mit dem Glutamat bei beiden nicht funktionieren, also muss postsynaptisch arbeiten21

Drosophila Neuromuskulre Endplatte

basischsauerpH 7.2Co2 / NH4ClpH 7.2

No EPSP after exposure to CO2, but recovery possibleIf pH lowered EPSP decreased, but still there; recovery possible22Propionsure Drosophila

salinePropionsureCadmiumPropionsure + Cadmium

SalinePA (amplitude scale a little different, but basically same)Cd2+PA + Cd2+

Unten: immer 1 Sekunde zwischen Strichen

Noch keine statistische Auswertung erfolgt, noch nicht publiziert; dann abgereist; nicht viel daran gearbeitet in letzter Zeit Felicitas Koch kann nchstes Jahr mehr berichten

23Drosophila: Minis

No stimulation just spontaneous minis (fly muscle)... saline, add Cd2+ (blocks all volt gated channels on surface of pre synaptic terminal) add P Acid with Cd2+ increase in minis... THUS Ca2+ not coming from Voltage gated Ca channels in plasma membrane... it is being dumped from ER within the Presynaptic terminal.24ZusammenfassungCO2 hat nicht nur einen ansuernden EffektVerschiedene Wirkungsmechanismen von CO2 und pHBlockieren der Neurotransmission durch CO2Direkte Wirkung CO2 auf postsynaptische ZelleDepolarisation RP durch Ansuern Erhhung EPSP durch Ansuern (Flusskrebs)Propionsure erhht ErregbarkeitFreisetzung Ca2+ aus Intrazellularraum??

25DankeDr. Robin CooperC. MalloyZ. R. MajeedProf. EinspanierProf. Gbel

NWG erwhnenAnderes Wort fr Danke?26QuellenSynaptic transmission: Effects of intracellular and intravacuolar pH R.L. COOPER1, Z. R. MAJEED1,2, C. MALLOY1, S.L.E. Blmich3 and R.W. PUTNAM4; 1Dept. of Biology, Univ of Kentucky, Lexington, KY. 40506, USA.; 2Dept of Biology, College of Sci, Univ. of Salahaddin, Erbil, Iraq; 3VMF, Univ. Leipzig, Germany; 4Dept. of Physiology & Biophysics, Wright State University, Dayton, OH.The Cooper Lab, Department of Biology, University of KentuckyLexington, KY 40506USA

Danke fr Ihre Aufmerksamkeithttp://ub.meduniwien.ac.at/blog/wp-content/uploads/2007/10/nervenzelle.jpg