Eder, Claudia: Ionenkanäle in deaktivierter Mikroglia

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Kapitel 1. Einleitung

Als Mikroglia wird eine Population von Makrophagen bezeichnet, die ausschließlich im Gehirn vorkommt. Mikrogliazellen exprimieren die gleichen Oberflächenantigene und können die gleichen Funktionen ausüben wie Makrophagen aus peripherem Gewebe. Sie sind in der Lage zu phagozytieren, Antigen zu präsentieren oder verschiedene Zytokine und zytotoxische Stoffe freizusetzen (Barron, 1995; Benveniste, 1995; Giulian & Corpuz, 1993; Wekerle, 1995). Mikrogliazellen können eine bedeutende Rolle sowohl im gesunden als auch im pathologischen Hirn spielen, wobei sie neurotrophische, aber auch neurotoxische Eigenschaften besitzen können. Bestimmte Zytokine werden von Mikrogliazellen produziert, die das Überleben von Neuronen begünstigen. Dazu gehören zum Beispiel der Nervenwachstumsfaktor (nerve growth factor; NGF), der Hauptfibroblastenwachstumsfaktor (basic fibroblast growth factor; BFGF) und der transformierende Wachstumsfaktor (transforming growth factor; TGF). Im aktivierten Zustand können Mikrogliazellen aber auch eine Reihe toxischer Substanzen sezernieren, die das Absterben neuronaler Zellen begünstigen. So zum Beispiel können die während des respiratorischen Bursts der Mikrogliazellen entstehenden freien Sauerstoffradikale eine schädigende Wirkung auf Neurone ausüben (Kreutzberg, 1996; Moore & Thanos, 1996; Streit, 1996).

Während der frühen postnatalen Entwicklung des zentralen Nervensystems zeigen Mikrogliazellen eine amöboide Morphologie und sind hauptsächlich verantwortlich, zelluläre Bestandteile zu phagozytieren, die aufgrund spontaner Degeneration und Remodellierung von Nervenfasern entstehen (Ling & Wong, 1993; Moore & Thanos, 1996). Es wird angenommen, daß sich die amöboiden Mikrogliazellen aus Monozyten bzw. anderen Vorläuferzellen mesodermalen Ursprungs entwickeln, welche während der späten pränatalen sowie der frühen postnatalen Entwicklungsphase in das Gehirn einwandern, da zu diesem Zeitpunkt die Blut-Hirn-Schranke noch nicht vollständig ausgeprägt ist. Etwa mit Beginn der dritten postnatalen Woche reifen die Mikrogliazellen vollständig aus und nehmen eine ramifizierte Morphologie an (Ling & Wong, 1993).


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Die im adulten Hirn auftretenden ramifizierten Mikrogliazellen befinden sich in einem ruhenden Zustand (Kreutzberg, 1996; Streit, 1996). Diese ruhende Mikroglia kann jedoch während verschiedener pathologischer Ereignisse des Gehirns aktiviert werden. Die Überführung der ramifizierten ruhenden Mikroglia in das aktivierte Stadium ist durch Proliferation und verschiedene immunphänotypische und morphologische Veränderungen der Zellen gekennzeichnet. Charakteristisch für aktivierte Mikroglia ist die Hochregulation von MHC-Molekülen und die verstärkte Expression von verschiedenen Makrophagenoberflächenantigenen. Die aktivierten Mikrogliazellen nehmen eine amöboide Morphologie an, gleichzeitig kommt es zu einer Hypertrophie der Zellen. Außerdem werden aktivierte Mikrogliazellen phagozytotisch aktiv und sezernieren verschiedene zytotoxische Substanzen wie zum Beispiel freie Sauerstoffradikale, Stickoxid, Proteasen, Arachidonsäure-Derivate und Zytokine (Giulian, 1995; Kreutzberg, 1996; Streit, 1996; Zielasek & Hartung, 1996). Die Aktivierung von Mikrogliazellen wurde bei Infektion, Entzündung, Trauma, Ischämie und bei einer Reihe von neurologischen Erkrankungen wie der Alzheimerschen Krankheit, der Parkinsonschen Krankheit, der amyotrophen Lateralsklerose, der Multiplen Sklerose und der Prionenkrankheit (Barron, 1995; Brown & Kretzschmar, 1997; Giulian, 1995; Kreutzberg, 1996; McRae et al., 1997; Moore & Thanos, 1996; Streit, 1996) beobachtet.

Bisher wurden die meisten Untersuchungen an Mikrogliazellen mit Hilfe verschiedener histochemischer Färbetechniken durchgeführt, um die morphologischen und phänotypischen Veränderungen der Zellen während ihrer Entwicklung sowie während verschiedener Erkrankungen des Gehirns zu visualisieren. Erst seit kurzer Zeit wurde begonnen, auch die physiologischen Eigenschaften der Mikrogliazellen zu untersuchen. Seit der ersten Beschreibung von Ionenströmen in Mikrogliazellen im Jahr 1990 (Kettenmann et al., 1990) wurde eine Vielfalt von verschiedenen Ionenkanälen an Mikrogliazellen identifiziert. Die meisten Patch-clamp-Messungen wurden an kultivierten Zellen oder an Zellinien durchgeführt. Erst durch die Etablierung von Zellkulturen wurden Studien an isolierten Mikrogliazellen ermöglicht. Bisher wurde herausgefunden, daß Mikrogliazellen in der Lage sind, Ionenkanäle zu exprimieren, die selektiv K+, H+, Na+, Ca2+ oder Cl- leiten. Der Expressionsgrad


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der verschiedenen Ionenkanäle scheint dabei von dem jeweiligen funktionellen Zustand der Mikrogliazellen abhängig zu sein (zur Übersicht, siehe Eder, 1998 ( Ref. #9 )).

Die Mehrzahl der bisher durchgeführten Arbeiten beschäftigte sich mit der Charakterisierung von Ionenströmen in unstimulierten oder Zytokin- bzw. Lipopolysaccharid-aktivierten Mikrogliazellen. Da unstimulierte kultivierte Mikrogliazellen bereits in einer teilweise aktivierten Form vorliegen, die durch die amöboide Zellmorphologie, die Expression bestimmter Makrophagen-Oberflächenantigene und die phagozytotische Aktivität der Zellen charakterisiert ist, wurde es notwendig, eine Methode zu entwickeln, die es erlaubt, isolierte deaktivierte Mikroglia zu untersuchen.

In den hier dargestellten Arbeiten wird gezeigt, daß die Deaktivierung von Mikrogliazellen durch die Zugabe von Astrozyten-konditioniertem Medium (ACM) ausgelöst werden kann. Die verschiedenen Ionenkanäle der deaktivierten kultivierten Mikrogliazellen wurden detailliert charakterisiert. Es wurde weiterhin untersucht, welche Faktoren den Expressionsgrad bestimmter Ionenkanäle während des Deaktivierungsprozesses der Zellen regulieren. Es wurde außerdem der Frage nachgegangen, welche Funktionen die Ionenkanäle der Mikrogliazellen ausüben können.


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Fri Jun 22 16:30:27 2001