Hippocampal neurotransmitter receptors associated to memory retrieval and reinforcement of Long Term Potentiation in rodents

The capacity of the brain to acquire and store new information is a sophisticated process whose underlying cellular and molecular mechanisms remain incompletely understood. In the present thesis the role of specific membrane proteins, namely neurotransmitter receptors in the hippocampus, a brain region critically required for spatial learning and memory, was assessed in two related but distinct approaches. In the first study, the expression of neurotransmitter receptor proteins in hippocampal tissue of mice exposed to a retrieval procedure, assessing the retention of spatial working memory acquired in the Multiple T-maze (MTM) paradigm at several intervals after behavioral training (4, 8, 16 and 30 days), was examined using native blue gel electrophoresis with subsequent Western Blotting. At the behavioral level, successful memory retrieval at day 8 was paralleled by hippocampal expression of nicotinic acetylcholinergic receptor protein complexes containing the nAChα7-subunit. No behavioral evidence for memory retention indicating extinction of the previously acquired information was observed at day 16 and day 30. Biochemically,hippocampal tissue of mice sacrificed at day 16 and day 30 was found to contain augmented levels of receptor complexes containing the nAChα4 subunit as well as 5HT1A and 5HT7R. These data suggest a specific relevance of nAChα7-subunit-containing receptor complexes no successful memory retrieval at earlier time points after memory acquisition. In the second study, focusing on hippocampal long term potentiation (LTP), an in vivo model of learning and memory and behavioral training in spatial learning using the holeboard paradigm was conducted to examine which receptor protein complexes may be employed for the transition of early LTP forms into late LTP. It was observed that behavioral training was sufficient to induce reinforcement of LTP for a period of six hours. At the biochemical level, this was reflected in augmentation of the expression of several neurotransmitter complexes,including those containing glutamatergic (GluN1 and GluN2A, GluA1 and GluA2, and nACh7αR) and dopaminergic (D[1A] dopamine receptor) subunits. In parallel, a reduction of complexes containing the glutamatergic GluA3 and serotonergic 5-HT1A receptor complexes was found in hippocampal tissue of animals after holeboard training. The interaction between GluN1 and D(1A) receptor was analysed using a complex analytical approach based upon antibody shift assays combined with co-immunoprecipitation and mass spectrometry. Hence it is suggested that the behaviourally induced transition from early-LTP into late-LTP may relate to altered levels of specific neurotransmitter complexes in the rat hippocampus.Die zellulären und molekularen Mechanismen für das Erfassen und Abspeichern neuer Informationen im Gehirn sind anspruchsvoll und komplex und noch nicht vollständig geklärt. In der vorliegenden Thesis wurde die Rolle spezifischer Membranproteine, nämlich die von Neurotransmitter-Rezeptoren im Hippocampus, einer Hirnregion die besonders wichtig ist für das räumliche Lernen und das Gedächtnis, mit zwei ähnlichen Ansätzen aber doch unterschiedlichem Zugang, beurteilt. In der ersten Studie wurde die Expression von Neurotransmitter-Rezeptorproteinen mittels native-blue-Gel-Elektrophorese und anschließendem Western-Blotting zu verschiedenen Zeiten nach einem Training (4, 8, 16 und 30 Tage) in Hippocampusgewebe von Mäusen untersucht, welche mittels des Multiple T-Maze Paradigmas (TMT-Test) für den Erwerb der räumlichen Erinnerung trainiert worden waren. Auf der Verhaltensebene zeigte sich parallel zum erfolgreichen Abrufen der Erinnerung am Tag 8 eine erhöhte Expression im Hippocampus des Nikotin- Acetylcholinergen Rezeptorprotein-Komplexes der die nAChα7-Untereinheit enthält. An den Tagen 16 und 30 wurde im Verhalten keine auffallende Evidenz für eine Erinnerung gefunden, was darauf hindeutet, dass die ursprünglich erworbene Information wieder ausgelöscht wurde. Biochemisch wurde im Hippocampusgewebe der Mäuse an den Tagen 16 und 30 eine vermehrte Mengen an Rezeptorkomplexen, welche eine nAchα4 Untereinheit sowie 5HT1A und 5HT7R enthalten, nachgewiesen. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass der Rezeptorkomplex mit der nAChα7-Untereinheit eine spezifische Relevanz für das erfolgreiche Abrufen von Erinnerungen zu früheren Zeitpunkten nach dem Abspeichern hat. In der zweiten Studie, die sich mit der Langzeit-Potenzierung (LTP) im Hippocampus befasst, wurde ein in vivo-Modell zum Lernen und Erinnern und Verhaltenstraining betreffend das räumliche Lernen mit Hilfe des Holeboard Paradigma getestet, mit der Fragestellung, welche Rezeptorprotein-Komplexe für die Transition von den frühen LTP in die späten LTP verantwortlich sind. Dabei wurde beobachtet, dass ein Verhaltenstraining ausreichend war, um eine Verstärkung der LTP über einen Zeitraum von 6 Stunden zu induzieren. Auf dem biochemischen Level zeigte sich dies in einer vermehrten Expression verschiedener Neurotransmitter-Komplexe, darunter solche die glutaminerge Untereinheiten (GluN1 and GluN2A, GluA1 und GluA2 und nAChα7R) und dopaminerge Untereinheiten (D[1A]Dopaminrezeptor) enthalten. Parallel dazu wurde im Hippocampusgewebe der Tiere nach dem Holeboard-Training mit Hilfe eines komplexen analytischen Verfahrens, welches auf einem Antikörper-Shift mit Kopräzipitation und Massenspektrometrie beruht, eine Reduktion der Rezeptor-Komplexe mit glutaminergen GluA3 und serotonergen 5-HT1A Untereinheiten gefunden. Deshalb wird vermutet, dass die Transition von frühen zu späten LTPs auf veränderten Mengen an Neurotransmitter-Komplexen im Ratten-Hippocampus beruht.Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüftAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersMedizinische Universität Wien, Dissertation, 2015OeBB(VLID)171383