Analysis of spine plasticity in CA1 hippocampal pyramidal neurons employing live cell nanoscopic imaging

In der Großhirnrinde von Säugetieren befindet sich die Mehrheit
erregender Synapsen auf Dornfortsätzen, kleinen dendritischen
Ausbuchtungen, die in Größe und Form stark variieren. Die Auslösung
aktivitätsabhängiger synaptischer Langzeitplastizität geht mit
strukturellen Veränderungen dendritischer Dornen einher. Da das
beugungsbegrenzte Auflösungsvermögen konventioneller
Lichtmikroskope nicht ausreicht um die Morphologie der Dornen
verlässlich zu untersuchen, stellte die Elektronenmikroskopie
bisher das wichtigste bildgebende Verfahren zur Erforschung von
struktureller Plastizität dar, blieb dabei jedoch auf die
Betrachtung fixierter Gewebeproben beschränkt. Die Anwendung
hochauflösender Laser-Raster-Mikroskopie mit
Stimulierter-Emissions-Auslöschung hat es mir möglich gemacht, die
Dynamik dendritischer Dornenmorphologie in lebenden Zellen zu
studieren. Die N-Methyl-D-Aspartat-Rezeptor-abhängige
Langzeitpotenzierung von Pyramidenzellen der Cornu-Ammonis Region 1
des Hippocampus bildete dabei den Mechanismus, welcher plastische
Veränderungen hervorrief. Nach Potenzierung exzitatorischer
Synapsen durch die lokale Ultraviolett-Photolyse von caged-Glutamat
wurde ein starker, vorübergehender Anstieg des Anteils
dendritischer Dornen mit sichelförmigen Köpfen und ein leichter,
anhaltender Zuwachs an pilzförmigen Dornfortsätzen über einen
Zeitraum von 50 Minuten beobachtet. Meine Untersuchungen ergänzen
frühere Studien zur Wechselbeziehung zwischen synaptischer
Potenzierung und struktureller Plastizität dendritischer Dornen und
korrespondieren mit dem aktuellen Kenntnisstand der zu Grunde
liegenden molekularen Mechanismen.