Bergmann Gliazellen reagieren auf elektrische Stimulation der Parallelfasern in Ihrem Soma Kalziumsignalen. Diese Signale sind sensitiv gegenüber den Antagonisten TTX, kalziumfreie Lösung und Cadmium. Ein Antagonist spannungaktivierter Kaliumkanäle, der synaptische Ereignisse verlängert, führt zu erheblich verstärkten Antworten. Um Kalziumantworten in Bergmann Gliazellsomata auszulösen ist eine erheblich stärkere elektrische Stimulation notwendig, als man für Kalziumantworten im Ausläufer der Zellen benötigt Es wurde eine Methode entwickelt, Raum-Zeit-Bilder von Kalziumantworten in Bergmann Gliazellausläufern auf elektrische Stimulation zu erzeugen. Die Darstellungen zeigen zeitlich und räumlich eingeschränkte Reaktionen auf teilen der Ausläufer. Beispiele für das Fortschreiten einer Kalziumwelle vom Ausläufer in das Zellsoma (oder umgekehrt) ließen sich nicht finden. Die räumlich Ausdehnung der beobachteten Signale unterstützt das in Grosche et al. (Grosche, et al, 1999) entwickelte Konzept von Mikrodomänen in Bergmann Gliazellausläufern. Die gemessenen Kalziumsignale sind nicht von den Kalziumspeichern des endoplasmatischen Retikulums abhängig. Dies schließt die Beteiligung G-Protein gekoppelter Rezeporen, die unter Aktivierung von endoplasmatischen IP3-Rezeptoren zu zytosolischen Kalziumsignalen führen, an der Generierung diese Signale aus. Die Beteiligung der Neurotransmitter Adrenalin, Noradrenalin, Histamin, Endothelin, Adenosin-tri-Phosphat und des Neurotransmitters Glutamat auf dem Wege der Aktivierung metabotroper Glutamatrezeptoren an der Detektion stimulationsvermittelter Kalziumsignale wurde über die Applikation spezifischer Antagonisten ausgeschlossen. Die Rolle von Glutamattransportern konnte nicht abschließend geklärt werden, da der Antagonist bei einer alleinigen Applikation zu einer Reduktion des Signals um 20 % führt. Bei einer Applikation mit geleertem endoplasmatischen Retikulum führt er zu einer Steigerung der Signalamplitude um 31.9 %. Die somatischen Kalziumantworten auf elektrische Stimula tion ließen sich zu einem Prozentsatz von 23.7 % durch den Antagonisten CNQX für ionotrope Glutamatrezeptoren vom AMPA/Kainat-Typ blockieren. In Bergmann Gliazellen sind diese Rezeptoren anders als in Neuronen kalziumpermeabel (Müller et al, 1992), da diese Zelle nicht die Untereinheit GluR2 des Kanals exprimieren. Es wurde eine funktionelle Bedeutung dieser Genexpression in der Detektion synaptischer Aktivität nachgewiesen. / Bergmann glia cells react to electrical stimulation of parallel fibers with calcium signals in their somata. These signals are sensitive against antagonists of neuronal activity, namly TTX calcium free solution and cadmium. An antagonist of voltage activated potassium channels, which is able to prolong synaptic events, leads to increased calcium responses. To elicit calcium responses in Bergmann glia somata much stronger stimulation compared to these required to elicit calcium responses in Bergmann glia processes is needed. A method was developed to get space-time images of calcium responses to electrical responses in Bergmann glia processes. The images show reactions restricted in time and space in parts of the processes. Examples of processing of calcium waves from the processes to the somata (or the other way around) could not be found. The special expansion of the observed signals supports the concept of micro domains as developed by Grosche et al. (Grosche, et al, 1999). Calcium signals measured do not d epend on the calcium stores of the endoplasmatic reticulum. This excludes the involvment of G-protein coupled receptors, which lead to cytosolic calcium signals via IP3-receptors, in the generation of these calcium signals. The involvment of the neurotransmitter adrenalin, noradrenalin, histamin, endothelin and adenosin-tri-phosphate in the generation of stimulation induced calcium signals was additionally excluded by the application of specific antagonists. The roll of glutamate transporter could not be fully clarified. The application of the antagonist l-PDC alone leads to a reduction of 20% of the signals amplitude, while the application in presence of emptied endoplasmatic calcium stores leads to an increase by 31.9%. Somatic calcium responses to electrical stimulation were able to be blocked by 23.7 % using the antagonist CNQX specific for ionotrope glutamate receptors of the AMPA/Kainat-Typ. In Bergmann glia cells these receptors differ from the AMPA/Kainat-Typ receptors on neuron with regard to their c alcium permeability (Müller et al, 1992) as result of leak in expression of the GluR2 subunit. A functionel involvment of this specific gene expression in the detection of synaptic activity by Bergmann glia cells was proved.

Der entorhinale Cortex (EC) nimmt eine zentrale Stellung im limbischem System ein und ist darüber hinaus eine Verbindungsstelle zwischen Hippocampus und Cortex. Um die Eigenschaften der Projektionszellen im EC genauer zu charakterisieren, führten wir intrazelluläre Ableitungen an den Neuronen der oberflächlichen (Schicht II und III) und der tiefen (Schicht IV-VI) Schichten durch, von denen etwa ein Viertel während der Ableitung mit dem Farbstoff Biozytin gefärbt werden konnten. In Schicht III des medialen EC fanden wir vier unterschiedliche Zelltypen, von denen zwei als Projektionsneurone (Typ 1 und Typ 2) charakterisiert wurden. Die Projektionszellen der Schicht III besitzen eine niedrige Schwelle zur Auslösung synaptisch evozierter Aktionspotentiale. Daneben konnten wir zwei weitere Typen von Zellen (Typ 3 und Typ 4) bestimmen, deren Somata in der Schicht III lagen, die aber nicht in den Hippocampus projizierten, sondern lokal im EC verschaltet waren. In den tiefen Schichten des EC fanden sich zur Area Dentata (AD) projezierende bipolare und multipolare Neurone, die trotz der morphologischen Ähnlichkeit mit GABAergen Interneuronen die typischen elektrophysiologischen und neurochemischen Eigenschaften von Prinzipalzellen des EC besitzen. Diese Neurone können vermutlich Funktionen von sowohl Lokal- als auch Projektionszellen übernehmen und dementsprechend die schnelle Informationsübertragung zwischen den tiefen und oberflächlichen Schichten einerseits und zwischen EC und AD andererseits ausüben. Um der Frage nachzugehen, unter welchen Bedingungen die Schicht II- und III-Projektionszellen aktiviert werden, führten wir repetitive synaptische Reizungen im EC durch. Hochfrequente repetitive synaptische Reizung (> 10 Hz) führt zu einer bevorzugten Aktivierung der Schicht II-Zellen. Hingegen werden die Schicht III-Zellen bei niedrigeren Reizfrequenzen (< 6 Hz) bevorzugt aktiviert und Schicht II-Zellen gleichzeitig gehemmt. Dies läßt vermuten, daß der Informationstransfer zwischen EC und Hippocampus frequenzabhängig gesteuert wird. / The entorhinal cortex (EC) occupies a key position in the limbic system because it functions as a relay station between the hippocampus and cortex. To analyze the properties of the projection cells of the EC we used intracellular recordings from superficial (layers II and III) and deep layers (layers IV-VI). Intracellular electrodes contained the marker biocytin and the labeled neurons were processed for posthoc anatomical identification. We can classify medial EC layer III cells into four different types. Type 1 and 2 cells were projection cells. These cells exhibited a low threshold of action potential generation upon synaptic stimulation. We identified the two other, presumed local circuit type 3 and type 4 cells, whose axons remained within the EC. In deep EC layers we described bipolar and multipolar neurons which form projections from the deep layers of the EC to the dentate gyrus (DG). Despite the morphological similarity of these cells to those of GABAergic interneurons in the EC, their electrophysiological characteristics were similar to those of principal neurons. We conclude that neurons of the deep layers of the EC that project to the DG may function both as local circuit and projection neurons thereby providing a rapid transfer of information from deep layers of the EC to the DG and superficial layers of the EC. We next studied how the separate pathways from layers II and III of the EC to the hippocampus are preferentially effective as a function of stimulation frequency. High frequency (>10 Hz) synaptic activation of the EC was more effective at eliciting action potentials from layer II EC neurons. In contrast, during low frequency (

Zielsetzung: Bei Patienten mit Morbus Crohn (M.C.) wurde ein erhöhter Zuckerkonsum beschrieben. Ebenfall wurde bei M.C. ein subklinisches Zinkdefizit zahlreich beschrieben. Die Zusammenhänge zwischen Geschmackswahrnehmung und Zucherkonsum hinsichtlich der Zinkkonzentration im Plasma und die Auswirkungen auf die orale Mundgesundheit von Patienten mit M.C.. Versuchsplan: Für 24 M.C. Patienten und 24 Kontrollpersonen (Kon) mit ähnlicher Altersstruktur wurde der Zuckerkonsum die Zinkkonzentration im Plasma ermittelt. Die Geschmacksschwellen, die Mundhygiene und die Kariesprävalenz wurden erhoben. Ergebnisse: Bei M.C. wurde ein erhöhter Zuckerkonsum (M.C. 107,1 plusminus 27,7 vs. Kon 71,9plusminus13,7 g/d; p / Background: An increased intake of sucrose is reported in patients with Crohn's disease (CD). Subclinical zinc deficiency is frequently described in CD. The relationship between taste perception and sucrose intake in respect to zinc as well as the effect on dental and oral health in CD patients should be examined. Methods: In 24 CD patients and 24 age matched controls (Con) carbohydrate intake and plasma zinc levels were assessed. Taste threshold, oral hygiene and caries prevalence were evaluated. Results: In CD a higher sucrose intake (CD 107,1 plusminus 27,7 vs. Con 71,9 plusminus 13,7 g/d; p

Der humane Stammzellfaktor (SCF) ist ein zentraler Wachstumsfaktor für Mastzellen in der Dermis und für Melanozyten in den Basalzellschichten der Epidermis. Er wird u. a. von Keratinozyten produziert. In dieser Arbeit wurde die mögliche Regulation der Expression von SCF aus Keratinozyten durch All-Trans-Retinsäure (RA) und Dexamethason in vitro an Hand der HaCaT-Zelllinie untersucht. Die HaCaT-Zellen wurden mit den beiden o. g. Substanzen (10 hoch -5 M bis 10 hoch -9 M) über 24 Stunden und 11 Tage inkubiert. Die Auswertung der HaCaT-Zellzahl, des Gesamt-Proteins SCF, dessen Splicevarianten (mSCF, sSCF) und der Rezeptoren von RA (RAR-alpha, -beta, -gamma) und von Dexamethason (GR-alpha, -beta) erfolgte mittels ELISA und RT-PCR. Dabei ergaben sich folgende Resultate: RA bewirkt einen Anstieg von SCF, Dexamethason bewirkt bei Kurzinkubation eine deutliche Zunahme von SCF, bei Dauerinkubation einen starken Abfall. Die RA-Rezeptoren RA-alpha und -gamma waren nach Inkubation mit RA verstärkt nachzuweisen; die Glukokortikoid-Rezeptoren GR-alpha und -beta zeigten nach Inkubation mit Dexamethason ebenfalls eine vermehrte Expression. Die Expression des Mastzellwachstumsfaktors SCF könnte deshalb unter physiologischen, pathologischen und therapeutischen Bedingungen durch Retinoide und Glukokortikoide reguliert sein. / The human stem cell factor (SCF) is a crucial growth factor for mast cells in the dermis and for the melanocytes in the basal layers of the epidermis. SCF is produced, among others, by keratinocytes. This study examines the possible regulation of the expression of SCF from keratinocytes by all-trans retinoic acid (RA) and dexamethasone in vitro by the keratinocyte cell line HaCaT. The HaCaT-cells were incubated for 24 hours or 11 days, respectively, with one of the above mentioned substances (10 to the power of -5 M to 10 to the power of -9 M). The analysis of the number of HaCaT-cells, of the total SCF protein, its splice variants (mSCF, sSCF), the receptors of RA (RAR-alpha, -beta, -gamma), and of the dexamethasone (GR-alpha, -beta) was done by ELISA and RT-PCR. The following results were found: RA induces an increase of SCF, dexamethasone at a short incubation period a considerable increase of SCF, and at long-term incubation a strong decrease. The RA-receptors RA-alpha und -gamma expression is increased after incubation with RA, and the glucocorticoid-receptors GR-alpha and -beta after the incubation with dexamethasone. Therefore, it is probable that the increase of the mast cell growth factor SCF under physiological, pathological and therapeutic conditions could be regulated by retinoic acid and glucocorticoids.

Neben aktivierten Astrozyten weisen zahlreiche Zytokine und Wachstumsfaktoren, die in der Nähe amyloidogener Ablagerungen im Hirn des Alzheimer-Patienten auftreten, auf eine Alzheimer-assoziierte Neuroinflammation hin, die an der Ausprägung der Neurodegeneration ursächlich beteiligt sein kann. Bisher ist die Bedeutung aktivierter Astrozyten für die Alzheimer-Pathogenese wenig untersucht worden. Von besonderem Interesse war in diesem Zusammenhang das interzelluläre Adhäsionsmolekül ICAM-1, da es mit amyloidogenen Ablagerungen und Astrozyten assoziiert vorliegt. Um einen ersten Hinweis auf eine mögliche pathophysiologische Rolle des ICAM-1 in der Alzheimer-assoziierten Neuroinflammation zu erhalten, wurde im ersten Teil der vorliegenden Arbeit die astrozytäre ICAM-1-Expression in Abhängigkeit unterschiedlicher Mitogene untersucht, die für die Alzheimer-Pathogenese von Bedeutung sind. Aus diesen Untersuchungen ging hervor, daß Astrozyten, die mit den Zytokinen IL1[beta], TNF[alpha] und TNF[alpha] mit IFN[gamma] behandelt wurden, ihre ICAM-1-Expression verstärkten. Es konnte erstmals gezeigt werden, daß eine Erhöhung der intrazellulären cAMP-Konzentration durch Forskolin, Rolipram und Prostglandine die Zytokin-verstärkte ICAM-1-Expression verminderte. Allerdings konnte eine schon bestehende astrozytäre Aktivität durch cAMP-erhöhende Substanzen nicht beeinflußt werden. Im Rahmen weiterer Untersuchungen wurde in dieser Arbeit gezeigt, daß die astrozytäre ICAM-1-Expression nicht durch das Amyloid[beta]-Protein ausgelöst oder verstärkt wird, dagegen konditionierte Medienüberstände A[beta]-aktivierter Mikroglia einen starken Einfluß auf die astrozytäre Aktivität ausüben. Im zweiten Teil dieser Arbeit ist die Untersuchung aktivierter Astrozyten in der Alzheimer-assoziierten Amyloidogenese beschrieben, die im Zusammenhang mit der amyloidogenen Prozessierung des Amyloid-Vorläuferproteins APP steht. Bisher standen Neurone als Hauptproduzenten des Amyloid [beta]-Proteins im Vordergrund der Alzheimer-Forschung. Da jedoch verschiedene Veröffentlichungen darauf hinweisen, daß Astrozyten ebenfalls eine direkte Rolle in der Entstehung der amyloidogenen Ablagerungen spielen können, wurde die amyloidogene APP-Prozessierung aktivierter Astrozyten untersucht. Neben vergleichenden Analysen der astrozytären und neuronalen APP-Prozessierung konnte im Rahmen dieser Arbeit erstmals gezeigt werden, daß sich die APP-Prozessierung aktivierter Astrozyten zugunsten des nicht-amyloidogenen Prozessierungsweges verlagert, d.h. aktivierte Astrozyten verringerten die Sekretion des A[beta]-Proteins. Ein charakteristisches Merkmal aktivierter Astrozyten ist eine verstärkte [alpha]-Sekretaseaktivität bei der APP-Prozessierung. Astrozyten, die mit den Zytokinen IL1[beta], TNF[alpha] und TNF[alpha] mit IFN[gamma] aktiviert wurden, akkumulierten nicht-amyloidogene C-terminale Fragmente, sekretierten verstärkt sekretorisches APP nach [alpha]-Sekretaseaktivität und zeigten eine verringerte A[beta]-Sekretion bei gleichzeitig verstärkter Sekretion des nicht-amyloidogenen p3-Fragmentes. Abschließend wurde die pathophysiologische Bedeutung der Astrozyten in der Alzheimer-Pathogenese im Zusammenhang mit den erzielten Ergebnissen aus dieser Arbeit und mit den Befunden anderer Forschungsgruppen diskutiert und ein Modell über die zellulären, neuroinflammatorischen Vorgänge in der Alzheimer-Pathogenese entwickelt. / Activated astrocytes, number of cytokines and growth factors are associated with amyloidogenic deposits in the brain of Alzheimer-patients, pointed to an Alzheimer-associated neuroinflammation, that could be involved in the progression of the neurodegeneration. So far the implication of activated astrocytes in the pathogenesis of Alzheimer's disease is not clear. In this connection the adhesion molecule ICAM-1 was of particularly interest, because it is associated with astrocytes and amyloidogenic deposits. To get insights in a possible pathophysiological role of ICAM-1 in the Alzheimer-associated neuroinflammation, in the first part of this thesis the astrocytic expression of ICAM-1 was investigated dependent on different mitogens, that are relevant to the pathogenesis of Alzheimer's disease. It was shown that the expression of ICAM-1 was enhanced in astrocytes treated with the cytokines IL1[beta], TNF[alpha] and the combination TNF[alpha] with IFN[gamma]. It was shown that an elevation of intracellular concentration of cAMP by forskolin, rolipram and prostaglandines results in an suppressed cytokine-stimulated ICAM-1 expression. But it was impossible to reduce an existing astrocytic activity by these cAMP-elevating agents. Within the scope of additional investigations it was shown that the expression of ICAM-1 was not induce by the amyloid [beta]-peptide, whereas the ICAM-1 expression was strongly enhanced by conditioned media of A[beta]-activated microglia. In the second part of this thesis the investigation of activated astrocytes in the Alzheimer-associated amyloidogenesis is described, the astrocytic processing of the amyloid precursor protein (APP). So far it is believed that the neurons are the main producers of the amyloid [beta]-peptide. But different publications pointed to the possibility that astrocytes could play a direct role in the generation of the amyloidogenic deposits. From this reason the amyloidogenic processing of APP was investigated in activated astrocytes. Besides comparative study of astrocytic and neuronal APP processing it was first shown that activated astrocytes practise more the non-amyloidogenic pathway of APP processing. A characteristic hallmark of activated astrocytes is an increased activity of [alpha]-secretase. Astrocytes that are activated by the cytokines IL1[beta], TNF[alpha] or TNF[alpha] with IFN[gamma] showed an accumulation of non-amyloidogenic C-terminal fragments, increased APP-secretion followed by [alpha]-secretase activity, decreased A[beta]-secretion and enhanced p3-secretion. In conclusion the pathophysiological role of astrocytes in the pathogenesis of Alzheimer's disease was discussed leading to a model of cellular neuroinflammatory events in the pathogenesis of Alzheimer's disease.

Der neuronale Zelluntergang bei einer Vielzahl von Krankheiten des ZNS, wie z.B. Morbus Alzheimer (AD) und Temporallappenepilepsie (TLE), wird mit oxidativem Stress sowie Fehlfunktionen von Kaliumkanälen in Verbindung gebracht. In dieser Studie soll die selektive neuronale Sensitivität auf oxidativen Stress durch die Messung der oxidativen Modulation von Kaliumströmen untersucht werden. Dabei werden sternförmige Neuronen der zweiten Schicht des entorhinalen Kortex (EC) (bei AD bereits früh geschädigt) mit pyramidalen Neuronen der dritten Schicht des EC (früh geschädigt bei TLE) sowie hippocampalen pyramidalen Neuronen der CA1 Region (bei AD und TLE erst spät geschädigt) miteinander verglichen. Mittels patch-clamp Ganzzellmessung zeigt diese Studie die differentielle Hemmung spannungsabhängiger transienter (IA) und „delayed-rectifier“ K+-Ströme (IK(V)) durch Arachidonsäure (AA) und Wasserstoffperoxid (H2O2). Die intrazelluläre Applikation von AA (1 pM) reduzierte IA in Neuronen des entorhinalen Kortex signifikant stärker verglichen mit Neuronen des CA1. ETYA imitiert diesen Effekt, dies schliesst die Metabolite der AA als Mediatoren des Effekts auf Kaliumkanäle aus. Weder AA noch ETYA reduzierten IK(V). Im Gegensatz dazu reduzierte H2O2 IA in Neuronen des CA1 effektiver als in Neuronen der Schichten II und III des entorhinalen Kortex. Die Reduktion des IA, vermittelt durch AA, wurde durch Radikalfänger (Glutathion, Ascorbinsäure, Vitamin E Analogon Trolox) blockiert. Dabei verstärkten manche dieser Antioxidantien den Effekt der AA, dies legt eine komplexere Modulation dieser Ströme in Schnitten verglichen mit Kulturen nahe. Dies sollte bei der Entwicklung antioxidativer Therapien von AD und TLE berücksichtigt werden. Bei der heterologer Expression von Kv1.4 und Kv4.2 in HEK-293 Zellen wurden funktionelle Kanäle gebildet und A-Typ Ströme ausgelöst. Diese Ströme wurden nach der Applikation von 1 pM AA stark reduziert. ROS scheinen neben ihrer zellschädigenden Wirkung physiologische Prozesse zu regulieren, indem sie eine Reihe von Signalwegen beeinflussen. Da spannungsabhängige Kaliumkanäle vielen wichtigen zellulären Funktionen zugrundeliegen, könnte die Modulation dieser Kanäle durch ROS einen Mechanismus für die Feinabstimmung zellulärer Prozesse darstellen. / Oxidative stress and dysfunction of potassium channels are believed to play a role in neuronal death in a number of CNS diseases (e.g. Alzheimer’s disease, epilepsy). The present study addresses selective neuronal vulnerability to oxidative stress by studying oxidative modulation of potassium channels in entorhinal cortex (EC) layer II stellate neurons (cell loss early in AD) and layer III pyramidal neurons (early damage in TLE), in comparison to hippocampal CA1 pyramidal neurons (late damage in TLE and AD). Using whole-cell patch-clamp, differential inhibition of transient IA and delayed rectifier K+-currents IK(V) by arachidonic acid (AA) and H2O2 was demonstrated. Intracellular AA (1 pM) reduced IA in EC neurons significantly stronger than in CA1 neurons. AA affected the voltage dependence of steady-state inactivation as well. ETYA mimicked the effect of AA, excluding its metabolites as mediators of IA modulation. Neither AA nor ETYA reduced IK(V). In contrast, a non-lipid oxidizing agent, H2O2 reduced IA more effectively and robustly attenuated IK(V) in CA1, compared to EC neurons. AA-mediated reduction of IA was blocked by free radical scavengers (glutathione, ascorbic acid, Trolox). Antioxidants did not simply inhibit AA and H2O2 effects. In particular, they even enhanced AA effects, suggesting more complex modulation of these currents in slices, compared to culture. Moreover, intracellular antioxidants, themselves, influenced maximal conductance and voltage-conductance characteristics of IA and IK(V). This should be considered in design of anti-oxidative therapies in AD and TLE. Heterologous expression of Kv1.4 and of Kv4.2 cDNA in HEK-293 cells formed functional channels and elicited A-type currents, which shared similar biophysical characteristics with native IA from the hippocampus. These currents were strongly decreased upon administration of 1pM AA, demonstrating that at least one of multiple sites for AA action is situated on the pore-forming alfa-subunit of the A-channel. In conclusion, beside contribution to cell damage, ROS may regulate physiological processes by acting on different signalling pathways. Since voltage-gated K+-channels underlie many important cellular functions modulation of these channels by ROS would represent a mechanism for fine tuning of cellular processes.

Der Hippocampus ist eine von zwei Gehirnregionen, in der zeitlebens kontinuierlich neue Nervenzellen gebildet werden. Er spielt eine wichtige Rolle bei der Gedächtniskonsolidierung und wird mit der funktionellen Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen in Verbindung gebracht. Strukturveränderungen im erwachsenen Gehirn, die mit einer Depression einhergehen, sind laut Literatur auf einen geringen Serotoninspiegel und reduzierte hippocampale Neurogenese zurückzuführen. Selektive Serotonin-Wiederaufnahmehemmer (SSRI) erhöhen die Serotoninkonzentration im synaptischen Spalt und üben einen positiven Effekt auf die adulte Neurogenese aus. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, wie Veränderungen in der Serotonin (5-HT)-Neurotransmission durch einmalige oder chronische Gaben von Fluoxetin und speziellen Agonisten und Antagonisten für die Serotoninrezeptoren 5-HT1a und 5-HT2 in der erwachsenen Maus die Proliferation und Differenzierung von neugebildeten Nervenzellen im Gyrus dentatus beeinflussen. Die Ergebnisse zeigen, dass ein konträres Agieren beider Rezeptoren zu einem ausgewogenen Serotoninspiegel führt. 5-HT1a- und 5-HT2c-Rezeptoren haben einen Einfluss auf das Überleben neugebildeter Nervenzellen, wobei sie unterschiedliche Entwicklungsstadien innerhalb der adulten Neurogenese kontrollieren. Die vorliegende Arbeit bekräftigt außerdem, dass die chronische Gabe von Fluoxetin die adulte Neurogenese steigert. / The hippocampus as one region with ongoing neurogenesis throughout life contributes to the formation of long-term memory and has also been implicated in the pathology of major depression. Studies suggest that depression might be due to decreased levels of serotonin and reduced neurogenesis in the adult brain and that the beneficial effects of selective serotonin reuptake inhibitors would require adult hippocampal neurogenesis. Here, I investigated how modulation of serotonergic neurotransmission by acute and chronic treatment with the antidepressant fluoxetine, and selective serotonin receptor agonists and antagonists in adult mice influences precursor cell activity during development. I focused on 5-HT1a and 5-HT2 receptors as major mediators of serotonin action. The present findings suggest that an opposed action of 5-HT1a and 5-HT2c receptor subtypes result in a balanced regulation of serotonin levels in the dentate gyrus. Both receptors differentially affect intermediate cell stages in adult hippocampal neurogenesis and play an important role in the survival of newly generated neurons. Furthermore, this study confirms that chronic fluoxetine treatment increases adult neurogenesis. In conclusion, the latency of onset of fluoxetine action can be explained by a balanced interplay of 5-HT1a and 5-HT2c receptor subtypes.

Jede Zelle des Säugetierorganismus benötigt Eisen als Spurenelement für zahlreiche oxidativ-reduktive Elektronentransfer-Reaktionen und für Transport und Speicherung von Sauerstoff. Der Organismus unterhält daher ein komplexes Regulationsnetzwerk für die Aufnahme, Verteilung und Ausscheidung von Eisen. Die intrazelluläre Regulation in den verschiedenen Zelltypen des Körpers ist mit einer globalen hormonellen Signalstruktur verzahnt. Sowohl Eisenmangel wie Eisenüberschuss sind häufige und ernste menschliche Krankheitsbilder. Sie betreffen jede Zelle, aber auch den Organismus als Ganzes. In dieser Dissertation wird ein mathematisches Modell des Eisenstoffwechsels der erwachsenen Maus vorgestellt. In ihm wird die Flussbilanz des Eisens in den wichtigsten Zelltypen in Form von transmembranalen und intrazellulären kinetischen Gleichungen dargestellt, und es werden diese Zellmodelle mit dem zentralen Eisenaustausch-Kompartiment (Blutplasma) des Körpers integriert. Der Eisenstatus wird charakterisiert als Gehalt an labil gebundenen Eisen und an ferritin-gebundenen Eisen für jede Zelle. Der Stoffwechsel wird als Netzwerk von Flussdynamik formuliert. Der experimentelle Input in dieses Modells stammt von verschiedenen Quellen. Radioaktive Tracerdaten, gemessen am intakten Tier (Mausstamm C57BL6 – das am intensivsten studierte Tiermodell) unter varrierten physiologischen Bedingungen lieferten den experimentellen Hintergrund, von dem aus Clearance-Parameter durch numerisches Fitting ermittelt wurden. Es wird gezeigt, dass das Modell mit entsprechend adaptierten Parametersätzen die wichtigsten metabolischen und regulatorischen Ereignisse in Übereinstimmung mit den Messungen darstellen kann. In Zukunft soll die quantitative Übereinstimmung mit Daten aus weiteren genetischen Rekonstruktionen (globale und zell-spezifische knock-outs und konstitutive Expression relevanter Gene des Modellorganismus Maus) hergestellt werden. / Every cell of the mammalian organism needs iron as trace element in numerous oxido-reductive processes as well as for transport and storage of oxygen. The mammalian organism maintains therefore a complex regulatory network of iron uptake, excretion and intra-body distribution. Here a mathematical model of iron metabolism of the adult mouse is presented. It formulates the iron flux balance of the most important cell types of the organism in the form of transmembraneous and intracellular kinetic equations and integrates these cell models with the central exchange compartment (blood plasma) of the body. The iron status is represented as content of labile iron and of ferritin-bound iron in every cell type, and the metabolism is formulated as a network of flux dynamics. The experimental input into the model stems from different sources. Radioactive tracer data measured in the intact animal (mouse strain C57BL6 - the most intensively studied animal model) under various physiological conditions provided the experimental background from which clearance parameters could be obtained by numerical parameter fitting. Future research should render more precise the quantitative representation of genetic reconstructions (global and cell-type-addressed knock-out and constitutive expression of relevant genes of the model mouse strain).

In dieser Arbeit werden Struktur-Funktionsbeziehungen in der medialen entorhinalen Hirnrinde untersucht. Schicht 2 Neurone im medialen entorhinalen Cortex unterteilen sich in calbindin-positive Pyramidenzellen und calbindin-negative Sternzellen. Calbindin-positive Pyramidenzellen bündeln ihre apikalen Dendriten zusammen und formen Zellhaufen, die in einem hexagolen arrangiert sind. Das Gitter von calbindin-positiven Pyramidenzellhaufen ist an Schicht 1 Axonen und dem Parasubiculum ausgerichtet und wird durch cholinerge Eingänge innerviert. Calbindin-positive Pyramidenzellen zeigen stark theta-modulierte Aktivität. Sternzellen sind vertreut in der Schicht 2 angeordnet und zeigen nur schwach theta-modulierte Aktivität, ein Befund, der gegen eine Rolle von zell-intrinsischen Oszillationen in der Entstehung von Theta-Modulation spricht. In der Arbeit wurden Methoden entwickelt, um durch die juxtazelluläre Färbung und Identifikation von Zellen, die räumlichen Feuermuster von Schicht 2 Sternzellen und Pyramidenzellen zu bestimmen. Insbesondere wird gezeigt, dass die zeitlichen Feuermuster von Sternzellen und Pyramidenzellen so unterschiedlich sind, dass auch Daten von nichtidentifizierten extrazellulär abgeleiteten Zellen Sternzellen und Pyramidenzellen zugeordnet werden können. Die Ergebnisse zeigen, dass Gitterzell (engl. grid cell) Feuermuster relativ selten sind und in der Regel in Pyramidenzellen beobachtet werden. Grenzzell (engl. border cell) Feuermuster sind dagegen meistens in Sternzellen zu beobachten. Weiterhin wurde die Anatomie und Physiologie des Parasubiculums untersucht. Die Ergebnisse deuten auf die Existenz eines hexagonalen ‘Gitterzell-gitters’ in der entorhinalen Hirnrinde hin und sprechen für starke Struktur-Funktionsbeziehungen in diesem Teil der Hirnrinde. / Little is known about how medial entorhinal cortical microcircuits contribute to spatial navigation. Layer 2 principal neurons of medial entorhinal cortex divide into calbindin-positive pyramidal cells and dentate-gyrus-projecting calbindin-negative stellate cells. Calbindin-positive pyramidal cells bundled dendrites together and formed patches arranged in a hexagonal grid aligned to layer 1 axons, parasubiculum and cholinergic inputs. Calbindin-positive pyramidal cells were strongly theta modulated. Calbindin-negative stellate cells were distributed across layer 2 but avoided centers of calbindin-positive pyramidal patches, and were weakly theta modulated. We developed techniques for anatomical identification of single neurons recorded in trained rats engaged in exploratory behavior. Furthermore, we assigned unidentified juxtacellular and extracellular recordings based on spike phase locking to field potential theta. In layer 2 of medial entorhinal cortex, weakly hexagonal spatial discharges and head direction selectivity were observed in both cell types. Clear grid discharges were predominantly pyramidal cells. Border cells were mainly stellate neurons. Thus, weakly theta locked border responses occurred in stellate cells, whose dendrites sample large input territories, whereas strongly theta-locked grid discharges occurred in pyramidal cells, which sample small input territories in patches organized in a hexagonal ‘grid-cell-grid’. In addition, we investigated anatomical structures and neuronal discharge patterns of the parasubiculum. The parasubiculum is a primary target of medial septal inputs and parasubicular output preferentially targeted patches of calbindin-positive pyramidal cells in layer 2 of medial entorhinal cortex. Parasubicular cells were strongly theta modulated and carried mostly head-direction and border information, and might contribute to shape theta-rhythmicity and the (dorsoventral) integration of information across entorhinal grid scales.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Regulation der Aktivität der vesikulären Monoamintransporter VMAT1 und VMAT2 durch heterotrimere G-Proteine untersucht. In der humanen neuroendokrinen Zellinie BON werden VMAT1 und VMAT2 exprimiert. Sie colokalisieren in diesen Zellen mit der a-Untereinheit des heterotrimeren G-Proteins Go2 vorwiegend auf großen elektronendichten Vesikeln, den LDCVs. Die Aktivität beider Transporter unterliegt einer Regulation durch Gao2. Nach Aktivierung des G-Proteins kommt es zu einer Hemmung der vesikulären Monoaminaufnahme. Die Aktivität von VMAT2 wird dabei empfindlicher reguliert als die Aktivität von VMAT1. In Primärkulturen von Rapheneuronen der Ratte wird VMAT2 als neuronale Variante des Transporters exprimiert. VMAT2 lokalisiert in diesen Neuronen überwiegend auf kleinen synaptischen Vesikeln, den SSVs. Hier kommt es zu einer Colokalisation mit Gao2 auf diesem Vesikeltyp. Auch in Rapheneuronen wird die Aktivität von VMAT2 durch diese G-Protein Untereinheit gehemmt. Elektronenmikroskopische Befunde belegen die Lokalisation von VMAT2 und Gao2 auf SSVs von serotonergen Axonterminalen im präfrontalen Cortex der Ratte. An einer Präparation synaptischer Vesikel aus diesem Gehirnbereich konnte ebenfalls eine Hemmung der Transportaktivität von VMAT2 durch Gao2 nachgewiesen werden. Auch in Thrombozyten der Maus unterliegt die vesikuläre Serotoninaufnahme einer Hemmung durch ein heterotrimeres G-Protein. In chronisch entleerten Vesikeln aus Mäusen, in denen das Gen für die periphere Tryptophanhydroxylase deletionsmutiert vorlag, konnte zunächst keine Hemmung der Serotoninaufnahme durch heterotrimere G-Proteine beobachtet werden. Nach Vorbeladung der Vesikel mit Serotonin war dies jedoch der Fall. Die Aktivierung des G-Proteins wird somit sehr wahrscheinlich über den Füllungszustand der Vesikel gesteuert. / In this study we investigated the regulation of the activity of the vesicular monoamine transporters VMAT1 and VMAT2 by heterotrimeric G-proteins. In the human neuroendocrine cell line BON both transporters are expressed. They colocalize in these cells with the a-subunit of the heterotrimeric G-protein Go2 predominantely on Large Dense Core Vesicles (LDCVs). The activity of both VMAT1 and VMAT2 is regulated by Gao2. G-protein activation results in a down-regulation of vesicular monoamine uptake. VMAT2 appears to be more sensitive towards the observed G-protein regulation than VMAT1. Serotonergic raphe neurons in primary culture express VMAT2 as the neuronal form of the transporter. In these neurons VMAT2 predominantely localizes to Small Synaptic Vesicles (SSVs). Here, VMAT2 colocalizes with Gao2 on SSVs. In these neurons Gao2-dependent down-regulation of VMAT2 activity was observed, too. Immunoelectron microscopic analysis confirmed a localization of VMAT2 and Gao2 on SSVs from serotonergic terminals in the rat prefrontal cortex. In addition, Gao2-dependent regulation of VMAT2 activity could also be demonstrated when using a crude synaptic vesicle preparation of this brain area. Even in platelets obtained from mice the vesicular serotonin uptake is down-regulated by heterotrimeric G-proteins. In serotonin-depleted platelets from peripheral tryptophane-hydroxylase knockout mice no G-protein-dependent down-regulation of monoamine uptake was observed. After preincubation of the platelets with serotonin, the G-protein regulation was restored. Therefore, the vesicular transmitter content appears to be a likely factor of G-protein activation in platelets.