Distribution of Ih Channels and their Function in the Stomatogastric Ganglion

Göritz, Marie-Luise (2008). Distribution of Ih Channels and their Function in the Stomatogastric Ganglion. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Generation of rhythmic patterns in the absence of descending commands is an essential and powerful trait of many motor networks. Cyclic rhythmic discharges of motoneurons in repeated motor activities like locomotion, mastication and respiration require underlying circuits of neurons, which are called central pattern generators (CPG). This study examined the possible roles of Ih cation channels in the pyloric network of the stomatogastric nervous system, a rhythmically active network of motoneurons that controls movements of the lobster foregut. Of specific interest were the H-current�s involvement in maintaining firing properties, the distribution of Ih channels within the stomatogastric ganglion, and a potential role for Ih in regulation of synaptic strength. I was able to confirm a homeostatic interaction of Ih with A-type potassium channels, where the over-expression of the IA shal gene after RNA injection evoked a compensatory increase of Ih in different motoneuron types. I observed an additional, non-Ih component of the hyperpolarization activated current, which was more likely to occur in shal-RNA and gfp-RNA injected neurons, compared to untreated neurons. Further, I showed that the homeostatic response of Ih increase is unidirectional; overexpression of the Ih protein PIIH did not lead to an increase of IA. In an immunocytochemical study, I found high concentrations of Ih protein localized in the fine neuropil of the stomatogastric ganglion, an area which is rich in synaptic contacts. Finally, I demonstrate a potential role for Ih in regulating synaptic transmission, for which I found evidence in electrophysiological experiments, where the amplitude of inhibitory postsynaptic potentials decreased with increasing activation of Ih.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated abstract:

Abstract

Language

Stereotype Bewegungsmuster wie Fortbewegung, Verdauung und Atmung werden durch repetitive Entladungen von Motoneuronen in relativ autonomen neuronalen Netzwerken, sogenannten zentralen Rhythmusgeneratoren oder Central Pattern Generators (CPGs) generiert. Innerhalb eines solchen Netzwerkes erzeugt das Zusammenspiel einzelner Neurone rhythmische Aktivitaetsmuster, die typischerweise unabhaengig von synaptischen Eingaengen uebergeordneter Zentren generiert werden koennen. In der vorliegenden Studie wurde die Bedeutung der hyperpolarisations-aktivierten Ih Kationenkanaele im pylorischen Netzwerk des stomatogastrischen Ganglions untersucht. Dieses rhythmisch aktive Netzwerk steuert Bewegungen des Hummermagens. Von besonderem Interesse waren die Rolle von Ih bei der Aufrechterhaltung regelmaessiger Aktivitaetsmuster, die Lokalisation von Ih Kanaelen innerhalb des Ganglions, und die Regulation synaptischer Uebertragung durch Aktivierung von Ih. Ich beschreibe eine kompensatorische Interaktion zwischen Ih und dem transienten Kaliumstrom IA in verschiedenen Motoneuronen, bei der die Ueber-Expression des IA Gens shal durch RNA-Injektion zu einer Zunahme von Ih fuehrte. Zusaetzlich zu Ih habe ich eine weitere Komponente des hyperpolarisations-aktivierten Einwaerts-Stromes gefunden, die im Vergleich zu unbehandelten Neuronen mit hoeherer Wahrscheinlichkeit nach Injektion von shal-RNA and gfp-RNA auftrat. Weiterhin zeige ich, dass der Mechanismus der kompensatorische Zunahme von Ih richtungsabhaengig ist; die Ueberexpression des Ih Gens PIIH fuehrte zu keiner messbaren Veraenderung des A-Stromes. In einer immunocytochemischen Untersuchung charakterisiere ich die Verteilung von Ih Protein innerhalb des stomatogastrischen Ganglions. Ih Protein wurde in stomatogastrischen Neuronen vor allem in der synapsenreichen Region des feinen Neuropils gefunden. Schliesslich demonstriere ich, dass Ih moeglicherweise an der Regulierung synaptischer Uebertragung beteiligt ist. In einer elektrophysiologischen Studie war die Amplitude postsynaptischer Potentiale vom Aktivierungzustand der Ih-Kanaele abhaengig und wurde mit zunehmender Aktivierung von Ih verringert.

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