Rolle des Na+-aktivierten Kaliumkanals Slack für Hörvermögen, Hörnervsynapsen und die Vulnerabilität gegenüber Schalltrauma bei der Maus DISSERTATION

Der Slack-Kanal, ein Natrium- und spannungsaktivierter Kaliumkanal, führt neben anderen
\nKaliumkanälen zur Repolarisation eines Neurons in Folge neuronaler Erregung. Gerade bei
\nstarker Erregung ist diese Art der Regulation wichtig, um Erregungstoxizität in den Zellen zu
\nvermeiden. Fehlfunktionen des Slack-Proteins steht mit einer Reihe von Epilepsien in
\nVerbindung. Obwohl in Spiralganglienneuronen (SGN) der Cochlea nachgewiesen, ist die
\nLokalisation und physiologische Rolle des Kanals für die Hörfunktion unbekannt. Beim Hören
\nsind schnell feuernde und hochpräzise regulierte Neuronen von Bedeutung, weshalb eine
\nDeletion von Slack in der Maus auditorische Konsequenzen haben könnte. Die Fragestellung
\ndieser Arbeit war daher die Rolle des Na+-aktivierten Kaliumkanals Slack für Hörvermögen,
\nSynapsen zwischen inneren Haarzellen (IHZ) und SGN und die Vulnerabilität gegenüber
\nSchalltrauma bei der Maus.
\nMittels hochauflösender Fluoreszenzmikroskopie sollte die zelluläre Expression des
\nKaliumkanals auf Protein- und mRNA-Ebene untersucht werden. Das Hörvermögen wurde
\ndurch auditorische Hirnstamm (ABR) -Messungen auf Klick- und frequenzspezifische Reize
\nuntersucht, die Hörschwellen sowie Amplituden und Latenzen der ABR-Welle I lieferten,
\nwelche die Aktivität des Nervus cochlearis widerspiegeln. Das Phänomen der cochleären
\nSynaptopathie wurde durch Analyse von CtBP2-markierten Prä- und Homer1-markierten
\nPostsynapsen untersucht.
\nDa die Proteinlokalisation von Slack im Corti-Organ mit Hilfe von Antikörpern nicht erfolgreich
\nwar, wurde die Methode des RNAScope®-Nachweises in Gefrierschnitten der Cochlea
\netabliert. Im Rahmen dieser Arbeit konnte jedoch noch keine abschließende Lokalisation von
\nSlack in den Spiralganglien der Cochlea erzielt werden.
\nSlack-defiziente Mäuse unterschieden sich in Bezug auf die Hörschwellen im Alter von 8
\nWochen nicht von ihren Wildtyp-Wurfgeschwistern. Zwei unterschiedlich starke
\nSchalltraumata (100 bzw. 106 dB SPL, 8-16 kHz, 2 h) bewirkten bei beiden Genotypen sehr
\nähnliche direkte Erhöhungen der frequenzspezifischen Hörschwellen, die mit der Trauma-
\nStärke zunahmen. Vier Wochen nach dem 106 dB SPL Schalltrauma zeigten Slack-defiziente
\nTiere paradoxerweise eine bessere Regeneration der Schwellen als die Wildtyp-Tiere.
\nVerminderte Amplituden der ABR-Welle I und erhöhte Latenzen von 11,3 - 32 kHz bei beiden
\nGenotypen zeigen die Beeinträchtigung funktionaler synaptischer Verbindungen nach Trauma.
\nEine Zuordnung betroffener Präsynapsen-SGN-Subtyp-Verbindungen anhand von
\nVeränderungen der Amplituden und Latenzen der ABR-Welle I erschien jedoch nicht möglich.
\nIn Bezug auf die hörphysiologischen Parameter bestätigte sich die vermutete erhöhte
\nVulnerabilität der Slack-defizienten Tiere gegenüber Schalltrauma nicht.
\n12 Wochen alte Slack-defiziente Tiere ohne Traumaexposition wiesen gegenüber Wildtyp-
\nTieren einen spezifischen Phänotyp mit einer um 2-3 reduzierten Anzahl von Postsynapsen
\npro IHZ im apikalen, medialen und midbasalen Cochleabereich auf. Vier Wochen nach Trauma
\nwurde im mittel- bis hochfrequenten Bereich eine deutliche Reduktion der Anzahl der
\nPräsynapsen/IHZ festgestellt, die bei beiden Genotypen verglichen mit den Postsynapsen die
\nvulnerableren Strukturen waren. Im Vergleich zum Wildtyp zeigten Slack-defiziente Tiere nur
\nim hochfrequenten Bereich mit einem Verlust der Ribbons auf 41 % und der Postsynapsen auf
\n60 % eine erhöhte Vulnerabilität gegenüber dem 106 dB SPL Trauma.
\nClaudine sind für die Dichtigkeit von Epithelien essenzielle tight junction-Proteine, die an der
\nKompartimentierung von Endo- und Perilymphe in der Cochlea beteiligt sind. Im Rahmen eines
\nForschungsaufenthalts des Graduiertenkollegs IRTG1830 bei Prof. Dr. Todd Alexander an der
\nUniversität von Alberta in Edmonton wurde eine Claudin12-defiziente Maus mit LacZReportersystem
\nuntersucht. Nach Etablierung eines Protokolls für die Expression von ß-
\nGalactosidase in der Cochlea wurde eine Claudin12-Reporter-Expression von LacZ in den IHZ
\nnachgewiesen. Nach Import des Mausmodells nach Homburg wurden histologische
\nUntersuchungen und Hörmessungen an Claudin12-defizienten Mäusen im FVB/N-Hintergrund
\ndurchgeführt. Corti-Präparate von Claudin12-defizienten Mäusen wiesen Lücken in den Reihen der äußeren
\nHaarzellen auf. Diese existierten auch in FVB/N-Wildtyp-Tieren, jedoch waren Claudin12-
\ndefiziente Mäuse von der Degeneration in jüngeren Altersstufen stärker betroffen als
\nWildtypen. Der Phänotyp entwickelte sich stärker in der apikalen als in der basalen Hälfte der
\nCochlea.
\nGenetische Deletion von Claudin12 bewirkte keinen auditorischen Phänotyp, da Claudin12-
\ndefiziente Mäuse ähnliche frequenzabhängige Hörschwellen wie die FVB/N-Wildtypen im Alter
\nvon 8 Wochen aufwiesen. Die Untersuchung älterer Tiere oder eine Exposition gegenüber
\neinem Schalltrauma könnte künftig zur Aufklärung der Funktion von Claudin12 in der Cochlea
\nbeitragen.

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