Modulation of nociceptive synaptic transmission in the spinal cord dorsal horn is a significant mechanism in the development and maintenance of different pathological pain states. Accumulating evidence indicates that the TRPV1 (transient receptor potential vanilloid 1) receptor and chemokine CCL2 (C-C motif ligand 2) may play a critical role in this process. The aim of this diploma thesis was to investigate the CCL2 induced modulation of nociceptive synaptic transmission in the dorsal horn of spinal cord and the role of the TRPV1 receptors. To investigate this aim patch-clamp recordings of spontaneous and miniature excitatory postsynaptic currents (sEPSC, mEPSC) from superficial dorsal horn neurons in acute rat lumbar spinal cord slices were used. After acute application of CCL2 on the slice preparation from naïve animals, a frequency increase of both sEPSC and mEPSC was present. This CCL2 induced increase in both sEPSC and mEPSC frequency was prevented by the TRPV1 receptor antagonist SB366791 application. No changes were observed in the amplitudes of sEPSC or mEPSC after application of the CCL2, SB366791, or co-application of CCL2 and SB366791. This suggests that the observed changes were mediated predominantly by presynaptic mechanisms. The preliminary results indicate that after chronic constriction...

Untersucht wurde die mögliche Rolle von Adenosin-5´-Triphosphat (ATP) als extrazelluläres Signalmolekül im Neostriatum der Ratte. Zum Einsatz kam die patch-clamp Methode, adaptiert für Ableitungen aus akuten Hirnschnitten. Bereits bekannt war, dass ATP exzitatorische postsynaptische Ströme an GABAergen, striatalen Projektionsneuronen („medium spiny“ Neurone) hemmen konnte. Nun sollten die verantwortlichen Mechanismen hinter diesem Effekt aufgeklärt werden. Es zeigte sich, dass exogen zugeführtes ATP zunächst zu Adenosin metabolisiert werden musste, um seine Wirkung ausüben zu können. Ein Teil dieses Effektes war, vermittelt über präsynaptische Adenosin A1-Rezeptoren, einer Hemmung der striatalen Glutamat-Freisetzung geschuldet. Neu war, dass auch die „medium spiny“ Neurone selbst funktionelle A1-Rezeptoren exprimierten. Aktiviert durch lokal gebildetes Adenosin vermittelten diese eine Hemmung der Leitfähigkeit von Glutamat-Rezeptoren des N-Methyl-D-Aspartat (NMDA) Subtyps. Unter physiologischen Bedingungen mag dieser Mechanismus der Begrenzung der Informationsweiterleitung über die GABAergen Projektionsneurone dienen. Striataler Glutamat-Exzess mit Überaktivierung von NMDA-Rezeptoren ist ein Charakteristikum der Huntington´schen Erkrankung. Eine Adressierung der A1 Rezeptoren als therapeutische Option im Rahmen dieser Basalganglienerkrankung scheint daher prinzipiell möglich.

Untersucht wurde die mögliche Rolle von Adenosin-5´-Triphosphat (ATP) als extrazelluläres Signalmolekül im Neostriatum der Ratte. Zum Einsatz kam die patch-clamp Methode, adaptiert für Ableitungen aus akuten Hirnschnitten. Bereits bekannt war, dass ATP exzitatorische postsynaptische Ströme an GABAergen, striatalen Projektionsneuronen („medium spiny“ Neurone) hemmen konnte. Nun sollten die verantwortlichen Mechanismen hinter diesem Effekt aufgeklärt werden. Es zeigte sich, dass exogen zugeführtes ATP zunächst zu Adenosin metabolisiert werden musste, um seine Wirkung ausüben zu können. Ein Teil dieses Effektes war, vermittelt über präsynaptische Adenosin A1-Rezeptoren, einer Hemmung der striatalen Glutamat-Freisetzung geschuldet. Neu war, dass auch die „medium spiny“ Neurone selbst funktionelle A1-Rezeptoren exprimierten. Aktiviert durch lokal gebildetes Adenosin vermittelten diese eine Hemmung der Leitfähigkeit von Glutamat-Rezeptoren des N-Methyl-D-Aspartat (NMDA) Subtyps. Unter physiologischen Bedingungen mag dieser Mechanismus der Begrenzung der Informationsweiterleitung über die GABAergen Projektionsneurone dienen. Striataler Glutamat-Exzess mit Überaktivierung von NMDA-Rezeptoren ist ein Charakteristikum der Huntington´schen Erkrankung. Eine Adressierung der A1 Rezeptoren als therapeutische Option im Rahmen dieser Basalganglienerkrankung scheint daher prinzipiell möglich.

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My thesis introduces the topic of nociceptive signalisation and processes involved in the formation and spreading of neuropathic pain. This study focuses on the mechanisms of nociceptive synaptic transmission mechanisms in the level of spinal dorsal horn and its modulation by paclitaxel, a chemotherapeutic drug inducing neuropathic changes. The attention is put especially on the possibility of glial activity participation in paclitaxel side effects. This idea stems from the existing hypothesis of the functional connection between TLR4 and TRPV1 receptor activity. TRPV1 is well known for its participation in chemical, thermal and nociceptive sensory transmission. Minocycline antibiotic is considered as an inhibitor of microglial activation therefore it was used for blocking neuroinflammation. The experimental part is comparing an impact of substances applied to the model of tachyphylaxis used for monitoring of nociceptive transmission changes according to decreasing activity of TRPV1 receptors. Electrophysiological recording of miniature excitatory postsynaptic currents from neurons in the Rexed laminae I. and II. of spinal dorsal horn was used. The results of my measurements show that minocycline is able to suppress acute effects of paclitaxel application in vitro if the spinal slice is incubated...

Neuroligine (NL) sind vorwiegend postsynaptisch lokalisierte transmembrane Adhäsionsmoleküle, die in Wechselwirkung mit dem präsynaptisch lokalisierten Protein Neurexin eine wichtige Rolle in der Reifung und Funktion von Synapsen spielen. Es existieren verschiedene NL-Isoproteine (NL-1 – NL-4), die sich in ihrer Assoziation zu exzitatorischen und inhibitorischen Synapsen unterscheiden. Die funktionelle und klinische Relevanz der Neuroligine belegen beispielhaft Mutationen des Isotyps NL 4, welche mit neuropsychiatrischen Erkrankungen wie Autismus-Spektrum-Störungen assoziiert vorkommen. Anhand eines durch Ausschalten des human-orthologen NL-4-Gens generierten Mausmodells (NL 4 Knockout, NL 4 KO) konnte in vorhergehenden Studien die Bedeutung einer immunhistochemisch beobachteten Lokalisation von NL 4 an glycinergen Synapsen der Retina für die inhibitorische synaptische Übertragung nachgewiesen werden. Im Unterschied dazu konnte kein Zusammenhang zwischen einer in Schicht IV des Barrel-Kortex nachweisbaren Lokalisation von NL-4 mit inhibitorischen Synapsen hergestellt werden. Deshalb, und aufgrund der in Schicht IV dominierenden exzitatorischen Verschaltung von thalamischen Projektionen und den kolumnenassoziierten Rückverschaltungen aus dem Neokortex, lässt sich eine Interaktion von NL-4 mit exzitatorischen Synapsen in diesem Areal vermuten. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde anhand der NL-4-KO-Modellmaus der Frage nachgegangen, inwiefern NL-4 die exzitatorische synaptische Übertragung im Barrel-Kortex beeinflusst. Dafür wurden mit Hilfe der Patch-Clamp-Technik abgeleitete AMPA-Rezeptor-vermittelte exzitatorische postsynaptische Ströme (EPSC) von bedornten Sternzellen, Sternpyramiden- und Pyramidenzellen der Schicht IV ausgewertet und zwischen NL-4-Wildtyp- (NL 4-WT) und NL 4 KO-Neuronen verglichen. Dabei zeigten NL 4-KO-Neurone signifikant veränderte Parameter der EPSC-Kinetik. Die Abfallszeit war in NL 4 KO-Neuronen signifikant länger, das maximale Gefälle und die maximale Steigung signifikant flacher gegenüber NL-4-WT-Kontrollen. Diese Veränderungen sprechen für eine funktionelle Relevanz von NL-4 für die AMPA-Rezeptor-vermittelte synaptische Übertragung auf exzitatorische Neurone in Schicht IV des Barrel-Kortex. Das Muster der in NL-4-KO-Neuronen veränderten EPSC-Kinetik weist dabei auf eine Modulation der biophysikalischen AMPA-Rezeptoreigenschaften hin und könnte mit Veränderungen der synaptisch exprimierten AMPA-Rezeptor-TARP-Subtypen in Zusammenhang stehen, die über Proteine der postsynaptischen Dichte (wie PSD-95 und S SCAM) mit Neuroliginen interagieren.