An electrophysiological description of neuronal development under physiological, stressful and artificially induced conditions

Die elektrophysiologische Untersuchung neuronaler Entwicklung gewinnt immer größere Bedeutung in den Bereichen der Stammzellforschung und der Psychiatrie. Einerseits sind elektrophysiologische Messungen notwendig, um die Funktionalität von Neuronen zu bestätigen, die in vitro durch die Differenzierung von Stammzellen hergestellt wurden. Andererseits können neurophysiologische Mechanismen in gleichem Maße elektrophysiologisch quantifiziert werden, welche den Langzeitveränderungen von neuronalen Netzwerken unterliegen. In der ersten Studie führten wir Messungen an induzierten neuronalen Zellen durch, welche aus adulten menschlichen Fibroblasten hergestellt wurden. Diese Zellen wiesen neuronale Eigenschaften von unreifen Neuronen auf und waren nicht fähig, funktionelle synaptische Verbindungen einzugehen. In der zweiten Studie beschrieben wir die Auswirkungen von Stress auf die Entwicklung der Amygdala. Neugeborene Mäuse, die dem Stresshormon Corticosteron ausgesetzt wurden, wiesen eine erhöhte Erregbarkeit der Amygdala auf. Zusätzlich zeigten diese Mäuse Defizite in der Auslöschung von konditioniertem Angstgedächtnis und eine veränderte Genexpression in der Amygdala. Im Gegensatz dazu hatte dieselbe Behandlung in spät-neonatalen Mäusen keine Auswirkungen auf die Erregbarkeit der Amygdala oder die Verarbeitung von konditioniertem Angstgedächtnis. Zusammenfassend zeigen unsere Studien, dass die frühe neuronale Entwicklung einen Zeitabschnitt darstellt, welcher leicht von äußeren Faktoren beeinflusst und nicht durch in vitro Transdifferenzierung von somatischen Zellen funktionell nachgeahmt werden kann.The electrophysiological investigation of neuronal development is gaining increased importance in the scientific fields of stem cell research and psychiatry. On the one hand, electrophysiological investigations are required to confirm functional neuronal differentiation of stem cell-derived and directly converted neurons. On the other hand, the neurophysiological mechanisms underlying long-term pathological changes of developing emotional neuronal circuits, such as the amygdala, can be equally quantified electrophysiologically. In the first study, we measured electrophysiological properties of human induced neuronal (hiN) cells converted from adult human fibroblasts. This artificial form of neuronal development produced cells that presented neuronal properties characteristic of highly immature neurons. Furthermore, hiN cells were unable to form functional synaptic connections, indicating incomplete neuronal conversion. In the second study, we describe the effects of stress on physiological amygdala development using electrophysiological, behavioral and molecular biological methods. We found that exposure to the rodent stress hormone corticosterone (CORT) in early neonatal periods led to mice with hyperexcitable amygdala neurons. Furthermore, these mice showed impaired extinction of conditioned fear memory and changes in amygdalar gene expression. In contrast, CORT treatment in a late neonatal period did not affect amygdala electrophysiology or conditioned fear memory processing. Thus, our studies conclude that early neuronal development 1) represents a highly sensitive period that is easily influenced by outside factors and 2) cannot yet be functionally recreated by in vitro trans-differentiation of human somatic cells.submitted by Peter KoppensteinerAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZsfassung in dt. SpracheWien, Med. Univ., Diss., 2015OeBB(VLID)171469