Postoperative Untersuchungen in der Epilepsiechirurgie: Molekularbiologische Analysen

Zusammenfassung

Die posttranskriptionelle Editierung von mRNA erhöht die molekulare und funktionelle Heterogenität von Glutamatrezeptoren. So bestimmt die Q/R-Editierung u. a. die Ca²⁺-Permeabilität von AMPA- und Kainatrezeptoren, während die R/G-Editierung die Desensitisierung von AMPA-Rezeptoren beeinflusst. In der vorliegenden Untersuchung geht es um die Fragestellung, ob eine gestörte RNA-Editierung an der Q/R- bzw. R/G-Stelle zur Übererregbarkeit im chronisch-epileptischen Hirngewebe des Menschen beiträgt. Dazu wurde menschliches hippokampales und neokortikales Hirngewebe, das bei epilepsiechirurgischen Eingriffen gewonnen wurde, analysiert. Als Kontrollgewebe wurde autoptisches Hirngewebe aus homologen Arealen verwandt. Der Nachweis des Editierungsgrades der mRNA/cDNA erfolgte mit Hilfe der RT-PCR-Technik sowie eines restriktionsenzymatischen Versuchsansatzes. Die Effizienz der Q/R-Editierung an den Kainatrezeptoruntereinheiten GluR5 und GluR6 im neokortikalen Gewebe von Epilepsiepatienten war signifikant höher als im Kontrollgewebe. Diese Zunahme der R/G-Editierung könnte einen adaptiven Prozess auf die epileptische Aktivität darstellen, um einen verstärkten Ca²⁺-Einstrom in den Nervenzellen zu verhindern. Es zeigte sich weiterhin, dass die Effizienz der R/G-Editierung an der AMPA-Rezeptoruntereinheit GluR2 im hippokampalen Gewebe von Epilepsiepatienten signifikant höher war als im Kontrollgewebe. Diese Zunahme der R/G-Editierung könnte die postsynaptischen Reaktionen auf Glutamat deutlich verstärken und dadurch in den postsynaptischen Nervenzellen des Hippokampus zu einer chronischen Überladung mit Ca²⁺-Ionen beitragen.

Abstract

Post-transcriptional editing of mRNA is a phenomenon that generates molecular heterogeneity and functional variety of glutamate receptors. Thus, editing of the R/G site of the AMPA and kainate receptors leads to a reduced Ca²⁺ permeability of the receptors and editing of the R/G site causes a faster recovery rate from desensitization of AMPA receptors. To test whether RNA editing plays a role in pathological processes contribute to seizure maintenance, the present study analyses the AMPA receptor subunit GluR2 and the kainate receptor subunits GluR5 and GluR6 with respect to the expression of RNA editing at the Q/R sites and the R/G site. The investigations were performed on human hippocampal and temporal neocortical tissue, both excised from patients with pharmaco-resistant temporal lobe epilepsies. The data were compared with samples from non-epileptic human control tissue (autopsy tissue). The ratio of Q/R editing and R/G editing was analysed by means of reverse transcription-polymerase chain reaction followed by a restriction enzyme assay. The Q/R editing efficiency for the kainate receptor subunits GluR5 and GluR6 was significantly higher in temporal neocortex than in normal controls. The alteration in GluR5 and GluR6 mRNA editing in the neocortical tissue may reflect an adaptive reaction of ongoing seizure activity to prevent excessive Ca²⁺ influx. Furthermore, the R/G editing efficiency for the AMPA receptor subunits GIuR2 was significantly higher in hippocampal tissue than in control tissue. The increased editing at the R/G site of the GluR2 subunit in hippocampal tissue of epilepsy patients may enhance responses to glutamate, resulting in a synapse operating at an increased gain and eventually to a Ca²⁺ overload.

Key words

Glutamate receptors - RNA editing - epilepsy

Literatur

• 1 Dichter M, Spencer W A. Penicillin-induced interictal discharges from the cat hippocampus. II. Mechanisms underlying origin and restriction.  J Neurophysiol. 1979;  32 663-687
• 2 Mac Donald R L, Barker J L. Enhancement of GABA-mediated postsynaptic inhibition in cultured mammalian spinal cord neurons: A common mode of anticonvulsant action.  Brain Res. 1979;  167 323-336
• 3 Schwarzkroin P A, Prince D A. Changes in excitatory and inhibitory synaptic potentials leading to epileptogenic activity.  Brain Res. 1980;  183 61-67
• 4 Dingledine R, Borges K, Bowie D, Traynelis S F. The glutamate receptor ion channels.  Pharm Rev. 1999;  51 8-61
• 5 Seeburg P H, Higuchi M, Sprengel R. RNA editing of brain glutamate receptor channels: mechanism and physiology.  Brain Res Rev. 1998;  26 217-229
• 6 Brusa R, Zimmermann F, Koh D-S, Feldmeyer D, Gass P, Seeburg P H, Sprengel R. Early-onset epilepsy and postnatal lethality associated with an editing-deficient GluR-B allele in mice.  Science. 1995;  270 1677-1680
• 7 Feldmeyer D, Kask K, Brusa R, Kornau H C, Kolhekar R, Rozov A, Burnashev N, Jensen V, Hvalby O, Sprengel R, Seeburg P H. Neurological dysfunctions in mice different levels of the Q/R site-unedited AMPAR subunit GluR-B.  Nat Neurosci. 1999;  21 57-64
• 8 Higuchi M, Maas S, Single F N, Hartner J, Rozov A, Burnashev N, Feldmeyer D, Sprengel R, Seeburg P H. Point mutation in an AMPA receptor gene rescues lethality in mice deficient in the RNA-editing enzyme ADAR2.  Nature. 2000;  406 78-81
• 9 Sailer A, Swanson G T, Perez-Otano I, O'Leary L, Malkmus S A, Dyck R H, Dickinson-Anson H, Schiffer H H, Maron C, Yaksh T L. et al . Generation and analysis of GluR5(Q636R) kainate receptor mutant mice.  J Neurosci. 1999;  19 8757-8764
• 10 Vissel B, Royle G A, Christie B R, Schiffer H H, Ghetti A, Tritto T, Perez-Otano I, Radcliffe R A, Seamans J, Sejnowski T, Wehner J M, Collins A C, O'Gorman S, Heinemann S F. The role of RNA editing of kainate receptors in synaptic plasticity and seizures.  Neuron. 2001;  29 217-227
• 11 Sprengel R, Higuchi M, Monyer H, Seeburg P H. Glutamate receptor channels: A possible link between RNA editing in the brain and epilepsy. In: Delgado-Escueta AV, Wilson WA, Olsen RW, Porter RJ (eds) Jasper's Basic Mechanism of the Epilepsies. Philadelphia; Lippincott Williams & Wilkins 1999: 525-534
• 12 Mußhoff U, Schünke U, Köhling R, Speckmann E-J. Alternative splicing of the NMDAR1 glutamate receptor subunit in human temporal lobe epilepsy.  Mol Brain Res. 2000;  76 377-384
• 13 Chomczynyki P, Sacchi N. Single-step method of RNA isolation by acid guanidinum thiocyanate-phenol-chloroform extraction.  Anal Biochem. 1987;  162 156-159
• 14 Bernard A, Ferhat L, Dessi F, Charton G, Represa A, Ben-Ari Y, Khrestchatisky M. Q/R edition of the rat GluR5 and GluR6 kainate receptors in vivo and in vitro: evidence for independent development, pathological and cellular regulation.  Eur J Neurosci. 1999;  11 604-616
• 15 Pellegrini-Giampietro D E, Gorter J A, Bennett V L, Zukin R S. The GluR2 (GluR-B) hypothesis: Ca²⁺-permeable AMPA receptors in neurological disorders.  TINS. 1997;  20 464-470
• 16 Seeburg P H. The role of RNA editing in controlling glutamate receptor channel properties.  J Neurochem. 1996;  66 1-5
• 17 Grigorenko E V, Bell W L, Glazier S, Pons T, Deadwyler S. Editing status at the Q/R site of the GIuR2 and GluR6 glutamate receptor subunits in the surgically excised hippocampus of patients with refractory epilepsy.  NeuroReport. 1999;  9 2219-2224
• 18 Kamphuis W, Lopes da Silva F H. Editing status at the Q/R site of glutamate receptor-A, -B, -5 and -6 subunit mRNA in the hippocampal kindling model of epilepsy.  Mol Brain Res. 1995;  1 35-42
• 19 Lomeli H, Mosbacher J, Melcher T, Höger T, Geiger J R, Kuner T, Monyer H, Higuchi M, Bach A, Seeburg P H. Control of kinetic properties of AMPA receptor channels by nuclear RNA editing.  Science. 1994;  266 1709-1713
• 20 Mulle C, Sauer A, Perez-Otano I, Dickinson-Anson H, Castillo P E, Bureau I, Maron C, Gage F H, Mann J R, Bettler B. et al . Altered synaptic physiology and reduced susceptibility to kainate-induced seizures in GluR6-deficient mice.  Nature. 1998;  392 601-605
• 21 Maas S, Melcher T, Seeburg P H. Mammalian RNA-dependent deaminases and edited mRNAs.  Curr Opinion Cell Biol. 1997;  9 343-349
• 22 Lai F, Chen C-X, Lee V, Nishikura K. Dramatic increase of the RNA editing for glutamate receptor subunits during terminal differentiation of clonal human neurons.  J Neurochem. 1997;  69 43-52
• 23 Kortenbruck G, Berger E, Speckmann E-J, Musshoff U. RNA editing at the Q/R site for the glutamate receptor subunits GluR2, GluR5, and GluR6 in hippocampus and temporal cortex from epileptic patients.  Neurobiol Dis. 2001;  8 459-468