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Chronic alcohol abuse is one of the most common addictions and one of the most substantial public health problems as it affects millions of people physically as well as mentally around the world. Globally more than 3 million deaths are assignable to alcohol intake each year. Chronic alcoholism is a multi-component disease and its development is associated with both environmental as well as genetic factors. However, the key mechanisms underlying an addiction, especially on a cellular and physiological basis, are still unknown. Bio-medically an influence of chronic alcohol consumption on synaptic plasticity in the brain of humans as well as rodents has been proven.
On the dendritic shaft of nervous brain cells, small membrane protrusions called dendritic spines can be found. These spines possess the capacity to change their morphology and quantity and are thought to play an important role in learning and memory forming, and seem to be impaired in multiple neurological disorders. These dynamics are called synaptic plasticity. Most of these studies however, were carried out on the cortex. These previous observations raise the question whether such alterations in synaptic plasticity can also be observed in regions of the brain that contribute to the limbic system and therefore to the processing of emotional responses, learning and decision making. The amygdala is of special interest when trying to understand the neurobiology and pathophysiology that lead to the emergence and up keeping of an alcohol addiction. In this thesis a closer look has been taken at possible alterations in synaptic plasticity within different amygdaloid nuclei by the help of a rat model. These rats were put into the so called postdependent state, one of the most common animal models to investigate excessive ethanol intake in rodents. The postdependent state is a model in which the key driving force to obtain alcohol as part of a preserved addiction cycle is based on negative affect. Studies showed differences in the behavioural outcome of those animals that were exposed to chronic intermittent alcohol consumption compared to a control group, so it was of special interest to see whether those behavioural changes also show on a cellular basis.
In the study, a morphological comparison of the spine length as well as the spine density of alcohol dependent rats with a comparable control group has been made. The medial, the central, the lateral and the basolateral amygdaloid nucleus were of special interest in this research project.
The results showed no significant difference of the spine densities in any of the four amygdaloid regions. When comparing the spine morphology within the ethanol and the control group, differences showed in the lateral amygdaloid nucleus. In this region the spines of the ethanol group were significantly smaller. This leads to the conclusion that chronic alcohol intake can have an influence on the spine morphology and hence alter anatomical brain structures.
Die Neurotrophine (Nerve Growth Factor, Brain-derived Neurotrophic Factor, Neurotrophin-3 und Neurotrophin-4/5) zählen zu den wichtigsten Wachstumsfaktoren des Nervensystems und sind von großer Bedeutung für Gehirnentwicklung und neuronale Plastizität. Sie vermitteln ihr Wirkungen über zwei Rezeptorsysteme: Trk-Rezeptoren binden Neurotrophine spezifisch und mit hoher Affinität. Sie aktivieren anti-apoptotische, wachstums- und differenzierungsfördernde Signalwege. Der niedrigaffine p75-Neurotrophinrezeptor (p75) hingegen kann Rezeptorkomplexe mit verschiedenen Ko-Rezeptoren und einer Vielzahl von Liganden bilden. Das Spektrum seiner möglichen Effekte ist beachtlich, wobei pro-apoptotische und wachstumshemmende Wirkungen überwiegen. Interessanterweise kommt es bei einer Reihe von pathologischen Prozessen zu einer vermehrten Expression von p75, etwa bei Morbus Alzheimer, Amyotropher Lateralsklerose, Chorea Huntington und nach Gehirnverletzungen. Inhibitoren der pro-apoptotischen und wachstumshemmenden Wirkung bergen Potenzial für die Therapie dieser Krankheitsbilder. Transgene p75-Knockout-Modelle sind ein wichtiges Instrument für ein besseres Verständnis des Rezeptors. Aus den bisher vorliegenden Daten zu Morphologie und Verhalten solcher Mäuse ergibt sich jedoch ein widersprüchliches Bild. Im gesunden adulten Nervensystem wird p75 insbesondere durch cholinerge Neurone des basalen Vorderhirns (BFCN) exprimiert. In mehreren Studien wurde bei p75-defizienten Mausstämmen eine Hypertrophie der BFCN und der cholinergen Innervation des Hippocampus beobachtet. Für ein weiteres wichtiges Zielgebiet von BFCN-Projektionen, die basolaterale Amygdala (BLA), liegen bisher jedoch keine Daten vor. Ein Ziel dieser Arbeit war daher die Erfassung der cholinergen Innervationsdichte dieses Kerngebiets bei jungen und gealterten p75-Knockout-Tieren und Vergleich mit den entsprechenden Wildtyp-Kontrollen. In allen Altersgruppen war bei p75-Defizienz eine erhöhte Faserdichte nachweisbar. Im Hippocampus unterliegen die cholinergen Neuriten bei Knockout-Tieren einer verstärkten Degeneration im Alter. Dieser Effekt trat in der BLA nicht auf. Da im adulten Hippocampus p75 physiologischerweise exprimiert wird, in der adulten Amygdala jedoch nicht, weist dies auf eine trophische Wirkung des Rezeptors für hippocampale cholinerge Neurone hin, die vermutlich in Assoziation mit Trk-Rezeptoren vermittelt werden. Eine Testung höherer Verhaltensfunktionen bei p75-Defizienz erbringt Hinweise auf die funktionellen Auswirkungen der morphologischen Veränderungen. Bisherige Studien zeigen Abweichungen bei lokomotorischer Aktivität, Angstverhalten und räumlichem Lernen, sind jedoch im Detail widersprüchlich. Geringe Kohortengrößen und ungenaue Angaben zur Testdurchführung schränken die Aussagekraft teilweise ein. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher die Prüfung dieser Verhaltensfunktionen bei p75-Defizienz mittels standardisierter Testmodelle unter Verwendung größerer Testkohorten. Im Open Field-Versuch wiesen Knockout-Tiere eine erhöhte motorische Aktivität auf. Im Holeboard-Versuch zeigte sich jedoch keine begleitende Zunahme zielgerichteter Exploration. In der Dark/Light Box fiel ein signifikanter Gruppenunterschied im Einfluss der zirkadianen Rhythmik auf das Verhalten in diesem Testmodell auf. Dies erschwert die Testinterpretation, trägt jedoch auch zur Erklärung der Diskrepanzen in der Literatur bei. Im Morris Water Maze zeigten Knockout-Tiere deutliche Defizite beim räumlichen Lernen. Als Ursache der Verhaltensauffälligkeiten kommen Veränderungen des cholinergen Systems, der neuronalen Plastizität und der zirkadianen Rhythmik in Betracht. Zudem sind Veränderungen weiterer Transmittersysteme wahrscheinlich. Die Untersuchung dieser Systeme und die Durchführung spezialisierter Verhaltenstests sind interessante Ansatzpunkte für zukünftige Studien.