Untersuchungen zur funktionellen Rolle veränderter Expression und Verteilung von Ionenkanälen und Neurotransmitter-Rezeptoren bei fokaler Epilepsie unter Verwendung transgener Tiermodelle

Abstract

Die hier dargestellten molekularpathologischen und phänotypischen Untersuchungen an transgenen Mäusen in einem Epilepsiemodel für TLE verdeutlichen die funktionelle Relevanz erworbener Veränderungen der Verteilung und Expression der (a) mGluR1 und mGluR4 Neurotransmitter-Rezeptoren sowie (b) des spannungsabhängigen T-Typ-Ca2+-Kanals Cav3.2 für mehrere pathogenetisch zentrale Aspekte der TLE. Eine elementare Voraussetzung für die Untersuchung der Unterschiede von Anfallsstärke und -frequenz der transgenen Tiere war die im Rahmen dieser Arbeit etablierte permanente EEG- und Video-Analyse von Mäusen.Für die mGluR1-Untereinheit zeigte sich, dass eine hippokampal verstärkte Expression mit einer vermehrten chronischen Anfallsneigung vergesellschaftet ist. Die Expression von mGluR4 hingegen vermittelt sowohl einen antiepileptischen Effekt im akuten Anfallsstadium nach Status epilepticus als auch eine neuroprotektive Wirkung. Diese Prozesse stellen sich als aberrierende, erworbene synaptische Plastizität nach Status epilepticus dar. In Cav3.2-defizienten Mäusen waren fundamentale Effekte im Hinblick auf hippokampale Schädigung sowie chronisches Anfallsgeschehen zu beobachten. Das grundlegend veränderte Entladungsverhalten hippokampaler Nervenzellen mit erhöhter Neigung zu salvenartigen Entladungen basierend auf vermehrter Transkription von Cav3.2 ist mit einer verstärkten Frequenz und Schwere chronisch rekurrenter Anfälle sowie erheblich ausgeprägterem hippokampalem Nervenzellverlust verbunden. Durch die benannte Veränderung ihres Entladungsverhaltens können die entsprechenden CA1-Neurone zu spontanen Schrittmachern epileptischer Netzwerkentladung werden. Solche Veränderungen spiegeln wesentliche funktionelle Konsequenzen einer erworbenen intrinsischen Ionenkanalopathie in der Epileptogenese wider. Die veränderte Regulation und Expression verschiedener Rezeptoren und Kanäle in neuronalen Verschaltungen scheinen eine entscheidende Rolle für die Entwicklung und Ausprägung der chronischen Epilepsie zu spielen. Initiale Fehlregulationen im Rahmen eines SE oder in der frühen Epileptogenese führen im Gehirn zu massiven irreversiblen Prozessen. Kompensatorische Mechanismen können dabei möglicherweise nicht mehr adäquat aktiviert werden, was unter Umständen zu einer Progression epileptogener Prozesse führen kann. In diesem Zusammenhang stellen die metabotropen Glutamatrezeptoren sowie die Cav3.2-Untereinheit wichtige Zielstrukturen für die künftige Entwicklung hochspezifischer Pharmaka dar. The results of the molecular and physiological analysis of transgenic mice in a model of temporal lobe epilepsy presented in this thesis show the functional importance of acquired alterations in the distribution and expression of (a) the metabotropic glutamate receptors mGluR1 and mGluR4 as well as (b) of the Cav3.2 subunit of the voltage dependent T-type calcium channel for several key aspects of TLE. The characterization of seizure severity and frequency of transgenic mice in a TLE model made the establishment of a permanent EEG and video monitoring unit an essential part of this thesis. This study showed that an increased hippocampal expression of mGluR1 is associated with a propensity to seizures in the chronic phase. On contrast, expression of mGluR4 mediates anti-epileptic and neuroprotective effects in the acute phase after status epilepticus. These processes can be described as aberrant acquired synaptic plasticity after SE. Mice deficient for Cav3.2 exhibited profound effects in regard to hippocampal damage and to the characteristics of the chronic phase. Neurons with a higher levels of Cav3.2 mRNA show a fundamentally altered firing behaviour with an increase in the propensity to burst and thereby can function as spontaneous pacemakers of epileptic networks. This results in an increase in the frequency and severity of recurrent chronic seizures as well as in a dramatic neuronal cell loss in the hippocampus. These changes represent the functional consequences of an acquired ion channelopathy during epileptogenesis. Alterations in expression and distribution of various receptors and channels in neuronal networks seem to play an essential role in the development of chronic epilepsy. Initial disregulations as a consequence of SE or during early epileptogenesis can cause massive irreversible damage within the brain. Compensatory mechanisms might not be activated adequately and as a result epileptogenic processes might progress.In this respect, metabotropic glutamate receptors and the Cav3.2 subunit of voltage gated calcium channels might represent valuable targets for the future development of highly targeted pharmaca.