Strukturelle Determinanten exzitatorischer und inhibitorischer synaptischer Transmission und Plastizität im Neocortex und Hippocampus

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Synapsen sind die Schlüsselelemente der Kommunikation zwischen Neuronen in unterschiedlichen Netzwerken des Gehirns. Bis heute liegen nur wenige quantitative Untersuchungen ihrer dreidimensionalen Struktur vor, welche jedoch eine wesentliche Grundvoraussetzung für das Verständnis der funktionellen Signalkaskaden ist, die synaptischer Übertragung und Plastizität zugrunde liegen. In diesem Antrag sollen zwei Synapsen untersucht, quantifiziert und miteinander verglichen werden: cortikale Synapsen an morphologisch und physiologisch identifizierten Schicht 5-Pyramidenneuronen und die Basketzell-Körnerzell Synapse im Hippocampus, eine klassische inhibitorische Synapse. Der einzige Weg einer detaillierten morphologischen Beschreibung synaptischer Strukturen ist die computergestützte, dreidimensionale Rekonstruktion aus seriellen Ultradünnschnitten bzw. digitalen elektronenmikroskopischen Bildserien. Hier sollen besonders die Anzahl, Verteilung und Größe funktioneller Transmitterfreisetzungsstellen und die Größe und Organisation der verschiedenen „Pools“ synaptischer Vesikel quantifiziert werden. An diesen Synapsen sollen auch die subzelluläre Verteilung, Dichte und mögliche Ko-Lokalisation verschiedener AMPA-, NMDA- und metabotroper Glutamatrezeptoren bestimmt und miteinander verglichen werden.Die Rekonstruktion und Quantifizierung zentraler Synapsen erlaubt die direkte Korrelation struktureller und funktioneller Eigenschaften dieser Strukturen und bildet die Grundlage für realistische Modellierungen verschiedener Parameter synaptischer Transmission, die bis heute experimentell nicht zugänglich sind. Dies trägt letztlich entscheidend zu einem elementaren Verständnis der Funktion neuronaler Netzwerke im normalen und pathophysiologisch veränderten Gehirn bei.