Universität zu Köln

Currents in Identified Leg Motoneurons of the Stick Insect, Carausius morosus

Oliveira, Eugênio Eduardo de (2010) Currents in Identified Leg Motoneurons of the Stick Insect, Carausius morosus. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    To better understand how animals control their motor output for walking and other locomotor behaviors, it is necessary to elucidate the cellular and network properties of the neurons involved that underlie these behaviors. Neuroactive substances available in the bloodstream or released locally by neurons modify the network activity altering the membrane and synaptic properties of network neurons. This dissertation was conducted attempting to better understand the synaptic and integrative properties of the component neurons within the stick insect leg sensory-motor system. Patch-clamp recordings and fast optical Ca2+ imaging were performed to characterize acetylcholine-induced currents (IACh) in leg motoneurons of the stick insect Carausius morosus. The experiments were performed under biophysically controlled conditions on freshly dissociated leg motoneurons to avoid secondary effects from the network. To allow for unequivocal identification, the leg motoneurons were backfilled with a fluorescent dye through the main leg nerve prior to cell dissociation. In 87 % of the motoneurons, IACh consisted of a fast-desensitizing (IACh1) and a slow-desensitizing component (IACh2), with EC values of 3.7 x 10(-5) M and 2.0 x 10(-5) M, respectively. Ca2+ imaging revealed that a considerable portion of I (~ 18 %) is carried by Ca2+, suggesting that IACh, besides mediating fast synaptic transmission, could also induce Ca2+ dependent processes. Using specific nicotinic and muscarinic acetylcholine receptor ligands, it was observed that IACh was exclusively mediated by nicotinic acetylcholine receptors. Distinct concentration-response relations of IACh1 and IACh2 for these ligands indicated that they are mediated by different types of nicotinic acetylcholine receptors. The biogenic amines octopamine and serotonin consistently reduced the IACh but showed different modulatory efficacies. Recently discovered neonicotinoids abolished both IACh1 and IACh2 with high potencies.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Um das Laufen und andere lokomotorische Prozesse von Tieren besser verstehen zu können, ist es notwendig, die zugrundeliegenden zellulären Mechanismen und Netzwerkeigenschaften der involvierte Neurone zu klären. Neuroaktive Substanzen im Blut oder lokal, durch Neurone freigesetzt modifizieren die Netzwerkaktivität durch Veränderung von Membranleitfähigkeiten und synaptischer Eigentschaften der Neurone im Netzwerk. Diese Dissertation soll dazu beitragen, synaptische und integrative Eigenschaften der Neurone des senso-motorischen Netzwerks zur Steuerung eines Beins der Stabheuschrecke besser zu verstehen. Versuche mit der �patch-clamp� Technik in Verbindung mit schnellem, optischen Ca2+ Imaging wurden durchgeführt um Acetylcholin-induzierte Ströme (IACh) in Beinmotoneuronen der Stabheuschrecke Carausius morosus zu charakterisieren. Die Experimente wurden unter biophysikalisch kontrollierten Bedingungen an frisch dissoziierten Beinmotoneuronen durchgeführt um sekundäre Netzwerkeffekte auszuschließen. Um eine eindeutige Zuordnung zu ermöglichen, wurden die Beinmotoneurone vor der Dissoziation mit einem Fluoreszenzfarbstoff retrograd über den Hauptnerv des Beins gefärbt. In 87 % der Motoneurone bestand IACh aus einer schnell desensitisierenden (IACh1) und einer langsam desensitisierenden Komponente (IACh2). Beide Komponenten waren konzentrationsabhängig mit einem EC von jeweils 3.7 x 10(-5) M und 2.0 x 10(-5) M. Es konnte mit Ca2+ Imaging Versuchen gezeigt werden, dass ein relativ großer Anteil von IACh von Ca2+ getragen wird (~18 %), was vermuten lässt, dass IACh zusätzlich zur Vermittlung der schnellen synaptischen Übertragung, auch Ca2+ abhängige Prozesse induzieren könnte. Durch die Nutzung von spezifischen, nikotinischen und muskarinischen Acetylcholinrezeptorliganden konnte gezeigt werden, dass IACh ausschließlich durch nikotinische Acetylcholinrezeptoren ausgelöst wird. Unterschiede in den Beziehungen der Konzentrationsantworten zwischen IACh1 und IAch2 deuten darauf hin, dass diese Ströme von verschiedenen nikotinischen Acetylcholinrezeptortypen ausgelöst werden. Die biogenen Amine Oktopamin und Serotonin reduzierten beide einheitlich IACh aber zeigten unterschiedliche modulatorische Wirksamkeit. Kürzlich entdeckte Neonikotinoide waren in der Lage IACh1 und IACh2 mit hoher Wirksamkeit zu eliminieren.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Oliveira, Eugênio Eduardo deoliveira.eugenio@uni-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-30226
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Acetylcholin , nikotinische Rezeptoren , muskarinische Rezeptoren , Calcium , InsektGerman
    acetylcholine , nicotinic receptors , muscarinic receptors , calcium , insectEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Zoologisches Institut
    Language: English
    Date: 2010
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 01 February 2010
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 09 Mar 2010 11:34:00
    Referee
    NameAcademic Title
    Büschges, AnsgarProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/3022

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