Anfallsbedingte Veränderungen von Astrozyten im Hippokampus von Epilepsiepatienten

Abstract

Astrocytes in the hippocampus express various ion channels and transmitter receptors. In addition, the properties of these cells significantly change during postnatal development and under pathophysiological conditions such as epilepsy. We have investigated whether this phenotypic heterogeneity reflects different stages of cellular maturation from precursors to more mature cells, or rather indicates a co-existence of distinct types of astrocytes. A second series of experiments focused on the question whether in human temporal lobe epilepsy, modified astroglial properties contribute to the generation and spread of seizure activity. Our data demonstrate the co-existence of two independent types of astrocytes in the CA1 area of the hippocampus, possessing contrasting morphological, molecular and functional properties. These two cell types are also present in human hippocampus. However, an almost complete loss of one cell type (GluT-cells) was noted in the hippocampus of epilepsy patients with Ammon’s horn sclerosis. Moreover, the astrocytes remaining in the sclerotic tissue (GluR-cells) underwent significant alterations in their functional properties. These alterations contribute to the hyperactivity as observed in this form of epilepsy.

Zusammenfassung

Astrozyten des Hippokampus exprimieren eine Vielzahl von Ionenkanälen und Transmitterrezeptoren. Daneben wird eine erhebliche Variabilität funktioneller Eigenschaften dieser Zellen während der postnatalen Entwicklung und unter pathophysiologischen Bedingungen, z. B. bei Epilepsie, beobachtet. Wir haben untersucht, ob diese Vielfalt an Phänotypen auf unterschiedliche Entwicklungsstadien der Zellen zurückzuführen ist, im Sinne einer fortschreitenden Differenzierung von Vorläuferzellen in reife Astrozyten, oder ob die beobachtete Heterogenität eine Koexistenz verschiedener astroglialer Zelltypen reflektiert. Eine zweite Serie von Experimenten zielte auf die Beantwortung der Frage, ob veränderte Eigenschaften von Astrozyten an der Entstehung und Ausbreitung von Anfallsaktivität bei humaner Temporallappenepilepsie beteiligt sind. Unsere Daten zeigen eindeutig, dass in der CA1-Region des Hippokampus mindestens zwei unabhängige Typen von Astrozyten koexistieren, die sehr verschiedene morphologische, molekulare und funktionelle Eigenschaften aufweisen. Diese zwei Zelltypen werden auch im humanen Hippokampus gefunden. Im Hippokampus von Epilepsiepatienten mit Ammonshornsklerose kommt es zum nahezu vollständigen Verlust einer der beiden Zelltypen (GluT-Zellen). Die im sklerotischen Gewebe verbleibenden humanen Astrozyten (GluR-Zellen) weisen signifikante funktionelle Veränderungen auf. Die nachgewiesenen astroglialen Alterationen tragen zur Hyperaktivität bei dieser Form der Epilepsie bei.