Header

UZH-Logo

Maintenance Infos

Plasticity of GABAergic synaptic inhibition in vitro and in vivo : from GABA[A tiefgestellt] receptor endocytosis to the development of sedative tolerance to diazepam


van Rijnsoever, Carolien. Plasticity of GABAergic synaptic inhibition in vitro and in vivo : from GABA[A tiefgestellt] receptor endocytosis to the development of sedative tolerance to diazepam. 2005, University of Zurich, Faculty of Science.

Abstract

GABAA Rezeptoren (GABAAR) vermitteln hemmende Transmission im Gehirn und sind Zielstrukturen für z.B. Benzodiazepine, die aufgrund ihrer sedierenden, muskelrelaxierenden, anxiolytischen und antiepileptischen Wirkung verschrieben werden. Bei chronischem Gebrauch entwickelt sich eine Toleranz gegenüber diesen Effekten, wovon der Mechanismus immer noch unbekannt ist. In dieser Arbeit wurden zwei Ansätze verfolgt, um die Regulation der GABAAR zu untersuchen. Zuerst befassten wir uns mit der konstitutiven Internalisierung von GABAAR in kultivierten Neuronen. In einem zweiten Schritt konzentrierten wir uns auf Toleranz in Mäusen mit spezifische Diazepam-insensitive GABAAR, um herauszufinden welche GABAAR Subtypen an der Entwicklung von Toleranz beteiligt sind. In der ersten Studie wurde festgestellt dass Oberflächenrezeptoren homogen über die Membran verteilt waren, während die endozytierten Rezeptoren zu Clustern in einem subsynaptischen Pool akkumulierten via Clathrin-coated Vesikeln. Diese Resultate lassen vermuten, dass die Zirkulation von GABAAR zwischen der Zelloberfläche und dem subsynaptischen Pool einen Mechanismus zur Kurzzeit-Regulation der GABAergen synaptischen Übertragung darstellt. Dieser Regulation könnte durch die chronische Behandlung mit Diazepam beeinflusst werden. In der zweiten Studie wurden Mäuse mit einer Punktmutation in der α1-, α2-, α3- oder α5-Untereinheit während 8 Tagen mit Diazepam behandelt. Wildtyp-, α2(H101R)- und α3(H101R)-Mäuse entwickelten Toleranz gegenüber der sedierenden Wirkung von Diazepam, ausser die α1(H101R) Mäuse, da die Punktmutation sie insensitiv gegenüber der Sedierung macht. Die α5(H101R) Mäuse zeigten überhaupt keine sedative Toleranz nach chronischer Behandlung. Diazepam-behandelte Wildtyp-Mäuse konnten jedoch mit einer einmaligen Dosis Zolpidem, ein α1-GABAAR-selektiven Ligand, sediert werden. Dieser Effekt weist darauf hin, dass die α1-GABAAR immer noch funktionell sind. Spezifische Liganden für die α5-GABAAR zeigten eine Reduktion von Bindungsstellen im Gyrus Dentatus von toleranten Mäusen auf Wildtyp und α2 (H101R), aber nicht α1(H101R). Zusammenfassend schliessen wir, dass konstitutive Endozytose einen wichtigen Mechanismus zur kurzzeitigen Regulierung von synaptischen GABAAR darstellt. Sedative Toleranz gegenüber Diazepam aber, entsteht durch Anpassungsmechanismen in spezifischen neuronalen Kreisläufen, die durch α1- und α5- GABAAR kontrolliert werden.
Abstract GABAA receptors (GABAAR) mediate inhibitory neurotransmission in the brain. They are the target for drugs such as the benzodiazepines, which are prescribed for their sedative, muscle-relaxant, anxiolytic and anti-epileptic properties. Tolerance to these effects develops after chronic use, but the mechanisms underlying this remain unknown. We used two approaches to investigate GABAAR regulation. The first line of research involved the constitutive regulation of GABAAR in cell culture by endocytosis. The aim was to elucidate whether endocytosis is a possible mechanism for the development of tolerance. As it is unknown which GABAAR subtypes contribute to tolerance, the second approach concentrated on tolerance in mice carrying specific GABAAR subtypes made insensitive to diazepam. In the first study, an intracellular pool of GABAAR subunits was detected at postsynaptic sites. Although surface GABAAR were distributed evenly over the membrane, endocytosed receptors acccumulated in a pool underneath the synapse via clathrin coated vesicles. The intracellular GABAAR pool might provide a mechanism for short-term modulation. It is possible that this regulation of GABAAR is affected by chronic diazepam treatment. In the second study, mice carrying a point mutation in α1-, α2-, α3- or α5- subunit were subjected to an 8-day treatment schedule with diazepam. Wild type, α2(H101R) and α3(H101R) mice developed sedative tolerance, whereas α1(H101R) mice did not, as the point-mutation renders them insensitive to sedation by benzodiazepines. The α5 (H101R) mice did not show any sedative tolerance after chronic diazepam treatment. Moreover, diazepam-treated mice were sedated by a single dose of zolpidem, an α1- GABAAR selective ligand, indicating that α1-GABAAR remain functional. In addition, α5- GABAAR binding sites were only reduced in the dentate gyrus of tolerant wild type and α2(H101R) animals. In conclusion, endocytosis might be involved in short-term regulation of GABAAR, but it is not the main cause for tolerance to diazepam in vivo. Sedative tolerance is likely caused by adaptive mechanisms activated by concurrent enhanced GABAergic inhibition of α1- and α5-GABAAR.

Abstract

GABAA Rezeptoren (GABAAR) vermitteln hemmende Transmission im Gehirn und sind Zielstrukturen für z.B. Benzodiazepine, die aufgrund ihrer sedierenden, muskelrelaxierenden, anxiolytischen und antiepileptischen Wirkung verschrieben werden. Bei chronischem Gebrauch entwickelt sich eine Toleranz gegenüber diesen Effekten, wovon der Mechanismus immer noch unbekannt ist. In dieser Arbeit wurden zwei Ansätze verfolgt, um die Regulation der GABAAR zu untersuchen. Zuerst befassten wir uns mit der konstitutiven Internalisierung von GABAAR in kultivierten Neuronen. In einem zweiten Schritt konzentrierten wir uns auf Toleranz in Mäusen mit spezifische Diazepam-insensitive GABAAR, um herauszufinden welche GABAAR Subtypen an der Entwicklung von Toleranz beteiligt sind. In der ersten Studie wurde festgestellt dass Oberflächenrezeptoren homogen über die Membran verteilt waren, während die endozytierten Rezeptoren zu Clustern in einem subsynaptischen Pool akkumulierten via Clathrin-coated Vesikeln. Diese Resultate lassen vermuten, dass die Zirkulation von GABAAR zwischen der Zelloberfläche und dem subsynaptischen Pool einen Mechanismus zur Kurzzeit-Regulation der GABAergen synaptischen Übertragung darstellt. Dieser Regulation könnte durch die chronische Behandlung mit Diazepam beeinflusst werden. In der zweiten Studie wurden Mäuse mit einer Punktmutation in der α1-, α2-, α3- oder α5-Untereinheit während 8 Tagen mit Diazepam behandelt. Wildtyp-, α2(H101R)- und α3(H101R)-Mäuse entwickelten Toleranz gegenüber der sedierenden Wirkung von Diazepam, ausser die α1(H101R) Mäuse, da die Punktmutation sie insensitiv gegenüber der Sedierung macht. Die α5(H101R) Mäuse zeigten überhaupt keine sedative Toleranz nach chronischer Behandlung. Diazepam-behandelte Wildtyp-Mäuse konnten jedoch mit einer einmaligen Dosis Zolpidem, ein α1-GABAAR-selektiven Ligand, sediert werden. Dieser Effekt weist darauf hin, dass die α1-GABAAR immer noch funktionell sind. Spezifische Liganden für die α5-GABAAR zeigten eine Reduktion von Bindungsstellen im Gyrus Dentatus von toleranten Mäusen auf Wildtyp und α2 (H101R), aber nicht α1(H101R). Zusammenfassend schliessen wir, dass konstitutive Endozytose einen wichtigen Mechanismus zur kurzzeitigen Regulierung von synaptischen GABAAR darstellt. Sedative Toleranz gegenüber Diazepam aber, entsteht durch Anpassungsmechanismen in spezifischen neuronalen Kreisläufen, die durch α1- und α5- GABAAR kontrolliert werden.
Abstract GABAA receptors (GABAAR) mediate inhibitory neurotransmission in the brain. They are the target for drugs such as the benzodiazepines, which are prescribed for their sedative, muscle-relaxant, anxiolytic and anti-epileptic properties. Tolerance to these effects develops after chronic use, but the mechanisms underlying this remain unknown. We used two approaches to investigate GABAAR regulation. The first line of research involved the constitutive regulation of GABAAR in cell culture by endocytosis. The aim was to elucidate whether endocytosis is a possible mechanism for the development of tolerance. As it is unknown which GABAAR subtypes contribute to tolerance, the second approach concentrated on tolerance in mice carrying specific GABAAR subtypes made insensitive to diazepam. In the first study, an intracellular pool of GABAAR subunits was detected at postsynaptic sites. Although surface GABAAR were distributed evenly over the membrane, endocytosed receptors acccumulated in a pool underneath the synapse via clathrin coated vesicles. The intracellular GABAAR pool might provide a mechanism for short-term modulation. It is possible that this regulation of GABAAR is affected by chronic diazepam treatment. In the second study, mice carrying a point mutation in α1-, α2-, α3- or α5- subunit were subjected to an 8-day treatment schedule with diazepam. Wild type, α2(H101R) and α3(H101R) mice developed sedative tolerance, whereas α1(H101R) mice did not, as the point-mutation renders them insensitive to sedation by benzodiazepines. The α5 (H101R) mice did not show any sedative tolerance after chronic diazepam treatment. Moreover, diazepam-treated mice were sedated by a single dose of zolpidem, an α1- GABAAR selective ligand, indicating that α1-GABAAR remain functional. In addition, α5- GABAAR binding sites were only reduced in the dentate gyrus of tolerant wild type and α2(H101R) animals. In conclusion, endocytosis might be involved in short-term regulation of GABAAR, but it is not the main cause for tolerance to diazepam in vivo. Sedative tolerance is likely caused by adaptive mechanisms activated by concurrent enhanced GABAergic inhibition of α1- and α5-GABAAR.

Statistics

Downloads

5 downloads since deposited on 05 Jun 2019
5 downloads since 12 months
Detailed statistics

Additional indexing

Item Type:Dissertation (monographical)
Referees:Sonderegger Peter, Fritschy Jean-Marc
Communities & Collections:UZH Dissertations
Dewey Decimal Classification:Unspecified
Language:English
Place of Publication:Zutphen
Date:2005
Deposited On:05 Jun 2019 12:54
Last Modified:25 Sep 2019 00:10
Publisher:Wöhrmann Print Service
Number of Pages:84
Additional Information:Enthält Sonderdrucke
OA Status:Green
Related URLs:https://www.recherche-portal.ch/primo-explore/fulldisplay?docid=ebi01_prod005064597&context=L&vid=ZAD&search_scope=default_scope&tab=default_tab&lang=de_DE (Library Catalogue)

Download

Green Open Access

Download PDF  'Plasticity of GABAergic synaptic inhibition in vitro and in vivo : from GABA[A tiefgestellt] receptor endocytosis to the development of sedative tolerance to diazepam'.
Preview
Content: Published Version
Language: English
Filetype: PDF
Size: 2MB