Title (deu)
Der Einfluss von Octansäure auf die elektrophysiologischen Eigenschaften von GABAA-Rezeptoren
Parallel title (eng)
The influence of octanoic acid on the electrophysiological properties of GABAA receptors
Author
Julia Li
Advisor
Klaus Schicker
Assessor
Klaus Schicker
Abstract (deu)
Der GABAA-Rezeptor ist ein ligandengesteuerter Chloridkanal und ist maßgeblich für die inhibitorische Signalübertragung im zentralen Nervensystem zuständig. Er ist ein Pentamer und kann aus fünf Untereinheiten bestehend aus α, β, γ, δ, ρ, ε oder π-Untereinheiten aufgebaut sein. Diese Untereinheiten bestimmten nicht nur physiologische und pharmakologische Eigenschaften, sondern auch die Lokalisation der Rezeptoren. Während γ2-haltige Rezeptoren vorwiegend an synaptischen Membranen lokalisiert sind und eine schnelle, phasische Inhibition vermitteln, findet man δ-haltige Rezeptoren extrasynaptisch, wo sie eine tonische Inhibition vermitteln. Der essentielle Tremor zählt zu den häufigsten Bewegungsstörungen weltweit und betrifft etwa 1% der Bevölkerung. Im Rahmen der Pathophysiologie dieser Erkrankung werden Störungen im GABAergen System diskutiert. Dabei hat das Kleinhirn in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Ethanol verursacht bei etwa 75% der Patient:innen mit essentiellem Tremor eine vorübergehende Linderung der Symptome, die wahrscheinlich auf eine Verstärkung der GABAergen Transmission zurückzuführen ist. Ethanol wirkt jedoch berauschend, ist mit einem Abhängigkeitspotenzial verbunden und kann zu Organschäden führen. Als Alternative wird Octansäure diskutiert, da sie dem tremorlindernden 1-Octanol strukturell ähnelt und im Körper aus 1-Octanol metabolisiert wird. Octansäure zählt zu den mittelkettigen Fettsäuren. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Wirkung von Octansäure auf GABAA-Kanälen menschlichen elektrophysiologisch zu untersuchen. Hierzu wurden in tsA201-Zellen, einer Unterlinie der embryonalen Nierenzellen, fünf verschiedene Rezeptorkombinationen (α6β3γ2, α4β3γ2, α6β3δ, α4β3δ und α1β3γ2) mittels des Patch-Clamp-Verfahrens analysiert. Dieses Verfahren erlaubt die gezielte Messung von Ionenströmen durch einzelne Ionenkanäle oder ganze Zellmembranen. Eine GABA-Konzentrationsreihe wurde in ansteigender Reihenfolge in Abwesenheit von Octansäure und eine in Anwesenheit von 200 Mikromolar Octansäure aufgenommen. Das Ziel bestand darin, zu untersuchen, ob und wie Octansäure die Ströme verändert. Die Ergebnisse zeigten keine Verstärkung der GABA-vermittelten Ströme. In den meisten Fällen kam es sogar zu einer Reduktion der Stromamplituden und -flächen. Nur beim α6β3δ-Rezeptor kam es nicht zu einer statistisch signifikanten Reduktion. Diese Befunde widersprechen der ursprünglichen Hypothese, die postuliert, dass Octansäure die GABA-vermittelten Ströme verstärkt. Mögliche Erklärungen sind eine unzureichende Löslichkeit von Octansäure, die zur Bildung öliger Aggregate und einer Beeinflussung der Zellmembran führt. Auch könnte das Fehlen von aktiven Metaboliten in vitro eine Rolle spielen.
Abstract (eng)
GABAA-receptors are ligand-gated chloride channels that are essential for inhibitory neurotransmission in the central nervous system. The receptor's functional, pharmacological and physiological characteristics are highly determined by the composition of its five subunits. GABAA receptors may consist of α, β, γ, δ, ρ, ε or π subunits. δ-containing receptors are extrasynaptically located and mediate tonic inhibition. By contrast γ2-containing receptors are mainly synaptic and mediate rapid, phasic inhibition. Essential tremor is one of the most prevalent movement disorders and it is increasingly linked to GABAergic system dysfunction, especially in the cerebellum. As a result, substances that positively alter GABAA-receptor function are thought to be therapeutic candidates. Ethanol is known to alleviate tremor symptoms. However, it has addictive properties and has been linked to harmful effects on various organs. Octanoic acid, a medium-chain fatty acid, represents a potential alternative that may offer a more favorable safety profile. The aim of this study was to determine how octanoic acid affects different types of GABAA-receptor subtypes using the whole-cell patch-clamp technique. For this reason, α6β3γ2, α4β3γ2, α6β3δ and α1β3γ2 receptors were heterologously expressed in tSA201 cells. First, the effects of five concentrations of GABA (0,03, 0,03, 3, 30 und 300 μM) were recorded in the absence of octanoic acid and then in the presence of 200 μM octanoic acid. There was no evidence of potentiation of GABA-induced currents, which was contrary to the original hypothesis. In fact, most receptors showed a significant reduction of both the peak current amplitudes and the area under the curve. The only exception was the α6β3δ receptor composition, were currents remained relatively stable. Another aim was to investigate whether receptors containing the γ2s subunit and those with the δ subunit differ functionally. There was a significant difference: γ2s subunit-containing receptors showed greater current amplitudes and showed greater desensitization than δ-containing receptors. These results suggest that, in the experimental setup used in this study, octanoic acid does not cause positive allostery on different GABAA-receptor compositions. Poor water-solubility, lipophilic aggregate formation, membrane disruption or a lack of metabolic activation in vitro are some possible explanations. Given its possible significance in the context of essential tremor, the α6β3δ receptor, which was unaffected, requires additional research. To better evaluate the pharmacological potential of octanoic acid, future research should also consider different formulations like sodium caprylate, lower concentrations, and more physiologically relevant cellular models.
Keywords (deu)
Essentieller TremorGABA-RezeptorenOctansäurePatch-ClampGABA-induzierte Chloridströmey-AminobuttersäureIonenkanäle
Keywords (eng)
GABA-induced currentspatch-clampoctanoic acidy-Aminobutyric acidligand-gated ion channelsGABA receptorsessential tremor
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Extent (deu)
vi, 82 Seiten : Illustrationen
Number of pages
88
Study plan
Masterstudium Pharmazie
[UA]
[066]
[605]
Association (deu)
Title (deu)
Der Einfluss von Octansäure auf die elektrophysiologischen Eigenschaften von GABAA-Rezeptoren
Parallel title (eng)
The influence of octanoic acid on the electrophysiological properties of GABAA receptors
Author
Julia Li
Abstract (deu)
Der GABAA-Rezeptor ist ein ligandengesteuerter Chloridkanal und ist maßgeblich für die inhibitorische Signalübertragung im zentralen Nervensystem zuständig. Er ist ein Pentamer und kann aus fünf Untereinheiten bestehend aus α, β, γ, δ, ρ, ε oder π-Untereinheiten aufgebaut sein. Diese Untereinheiten bestimmten nicht nur physiologische und pharmakologische Eigenschaften, sondern auch die Lokalisation der Rezeptoren. Während γ2-haltige Rezeptoren vorwiegend an synaptischen Membranen lokalisiert sind und eine schnelle, phasische Inhibition vermitteln, findet man δ-haltige Rezeptoren extrasynaptisch, wo sie eine tonische Inhibition vermitteln. Der essentielle Tremor zählt zu den häufigsten Bewegungsstörungen weltweit und betrifft etwa 1% der Bevölkerung. Im Rahmen der Pathophysiologie dieser Erkrankung werden Störungen im GABAergen System diskutiert. Dabei hat das Kleinhirn in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Ethanol verursacht bei etwa 75% der Patient:innen mit essentiellem Tremor eine vorübergehende Linderung der Symptome, die wahrscheinlich auf eine Verstärkung der GABAergen Transmission zurückzuführen ist. Ethanol wirkt jedoch berauschend, ist mit einem Abhängigkeitspotenzial verbunden und kann zu Organschäden führen. Als Alternative wird Octansäure diskutiert, da sie dem tremorlindernden 1-Octanol strukturell ähnelt und im Körper aus 1-Octanol metabolisiert wird. Octansäure zählt zu den mittelkettigen Fettsäuren. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Wirkung von Octansäure auf GABAA-Kanälen menschlichen elektrophysiologisch zu untersuchen. Hierzu wurden in tsA201-Zellen, einer Unterlinie der embryonalen Nierenzellen, fünf verschiedene Rezeptorkombinationen (α6β3γ2, α4β3γ2, α6β3δ, α4β3δ und α1β3γ2) mittels des Patch-Clamp-Verfahrens analysiert. Dieses Verfahren erlaubt die gezielte Messung von Ionenströmen durch einzelne Ionenkanäle oder ganze Zellmembranen. Eine GABA-Konzentrationsreihe wurde in ansteigender Reihenfolge in Abwesenheit von Octansäure und eine in Anwesenheit von 200 Mikromolar Octansäure aufgenommen. Das Ziel bestand darin, zu untersuchen, ob und wie Octansäure die Ströme verändert. Die Ergebnisse zeigten keine Verstärkung der GABA-vermittelten Ströme. In den meisten Fällen kam es sogar zu einer Reduktion der Stromamplituden und -flächen. Nur beim α6β3δ-Rezeptor kam es nicht zu einer statistisch signifikanten Reduktion. Diese Befunde widersprechen der ursprünglichen Hypothese, die postuliert, dass Octansäure die GABA-vermittelten Ströme verstärkt. Mögliche Erklärungen sind eine unzureichende Löslichkeit von Octansäure, die zur Bildung öliger Aggregate und einer Beeinflussung der Zellmembran führt. Auch könnte das Fehlen von aktiven Metaboliten in vitro eine Rolle spielen.
Abstract (eng)
GABAA-receptors are ligand-gated chloride channels that are essential for inhibitory neurotransmission in the central nervous system. The receptor's functional, pharmacological and physiological characteristics are highly determined by the composition of its five subunits. GABAA receptors may consist of α, β, γ, δ, ρ, ε or π subunits. δ-containing receptors are extrasynaptically located and mediate tonic inhibition. By contrast γ2-containing receptors are mainly synaptic and mediate rapid, phasic inhibition. Essential tremor is one of the most prevalent movement disorders and it is increasingly linked to GABAergic system dysfunction, especially in the cerebellum. As a result, substances that positively alter GABAA-receptor function are thought to be therapeutic candidates. Ethanol is known to alleviate tremor symptoms. However, it has addictive properties and has been linked to harmful effects on various organs. Octanoic acid, a medium-chain fatty acid, represents a potential alternative that may offer a more favorable safety profile. The aim of this study was to determine how octanoic acid affects different types of GABAA-receptor subtypes using the whole-cell patch-clamp technique. For this reason, α6β3γ2, α4β3γ2, α6β3δ and α1β3γ2 receptors were heterologously expressed in tSA201 cells. First, the effects of five concentrations of GABA (0,03, 0,03, 3, 30 und 300 μM) were recorded in the absence of octanoic acid and then in the presence of 200 μM octanoic acid. There was no evidence of potentiation of GABA-induced currents, which was contrary to the original hypothesis. In fact, most receptors showed a significant reduction of both the peak current amplitudes and the area under the curve. The only exception was the α6β3δ receptor composition, were currents remained relatively stable. Another aim was to investigate whether receptors containing the γ2s subunit and those with the δ subunit differ functionally. There was a significant difference: γ2s subunit-containing receptors showed greater current amplitudes and showed greater desensitization than δ-containing receptors. These results suggest that, in the experimental setup used in this study, octanoic acid does not cause positive allostery on different GABAA-receptor compositions. Poor water-solubility, lipophilic aggregate formation, membrane disruption or a lack of metabolic activation in vitro are some possible explanations. Given its possible significance in the context of essential tremor, the α6β3δ receptor, which was unaffected, requires additional research. To better evaluate the pharmacological potential of octanoic acid, future research should also consider different formulations like sodium caprylate, lower concentrations, and more physiologically relevant cellular models.
Keywords (deu)
Essentieller TremorGABA-RezeptorenOctansäurePatch-ClampGABA-induzierte Chloridströmey-AminobuttersäureIonenkanäle
Keywords (eng)
GABA-induced currentspatch-clampoctanoic acidy-Aminobutyric acidligand-gated ion channelsGABA receptorsessential tremor
Subject (deu)
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Persistent identifier
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88
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