Chemische Synapsen: die Zapfenendfüßchen

Je nach Spezies und der Lage des Photorezeptors in der Retina (zentral oder peripher) kann eine einzelne Bandsynapse, das Zapfenendfüßchen, viele hundert postsynaptische Kontakte mit Horizontal- und Bipolarzellen aufweisen (Chun et al., 1996). Diese Kontakte sind präzise am Zapfenendfüßchen angeordnet. Postsynaptisch zu den Proteinbändern, an welchen die mit Glutamat gefüllten Vesikel gebunden sind, befinden sich die in das Zapfenendfüßchen invaginierenden Fortsätze der Horizontal- und ON-Bipolarzellen (Abb.

4, Abb. 5).

Abbildung 4: OFF-Bipolarzellkontakte am Zapfenendfüßchen. A, Schematische Darstellung einer Triade des Zapfenendfüßchens. H, Horizontalzelle; IB, invaginierende Bipolarzelle; TA, Triaden-assoziierte OFF-Bipolarzelle; NTA, nicht Triaden-assoziierte OFF-Bipolarzelle. B, Elektronenmikroskopische Aufnahme einer Triade eines Zapfenendfüßchens der Makakenretina.

An einem OFF-Bipolarzellfortsatz in TA-Position ist eine GluR1-immunreaktive Markierung erkennbar (Sternchen). Die Pfeilspitze weist auf das präsynaptische Proteinband. Maßstabs-balken: 0,2 µm. (Aus Puller et al., 2007)

Zwei Horizontalzelldendriten bilden dabei die lateralen Elemente und mindestens ein ON-Bipolarzelldendrit das zentrale Element dieser so genannten Triade. Das Zapfenend-füßchen der Primatenretina besitzt je nach Region zwischen 20 und 40 solcher Triaden und eine entsprechende Anzahl präsynaptischer Proteinbänder (Abb. 5B) (Missotten, 1965;

Dowling und Boycott, 1966; Calkins et al., 1996; Chun et al., 1996).

Abbildung 5: Die Struktur des Zapfenendfüßchens der Makakenretina. A, Schematische Zeichnung eines Zapfenendfüßchens im vertikalen Schnitt. Man erkennt die Proteinbänder mit den daran gebundenen Vesikeln oberhalb der Triaden. Mittelgrau: Horizontalzellfortsätze.

Hellgrau: ON-Bipolarzellfortsätze. Dunkelgrau: basale Kontakte der OFF-Bipolarzellen.

Schwarze, gepaarte Striche unterhalb der Basis des Zapfenendfüßchens: desmosome-like junction. B, Rekonstruktion eines Zapfenendfüßchens im Horizontalschnitt. Kurze, schwarze Linien zeigen die Proteinbänder. Die Horizontalzelldendriten (mittelgrau) und die ON-Zapfen-Bipolarzelldendriten (hellgrau) sind zu sehen. Basale Kontakte von OFF-Bipolarzellen sind nicht dargestellt. Sie bedecken fast die gesamte Basis des Zapfenendfüßchens. C, Elektronenmikroskopische Aufnahme im synaptischen Bereich des Zapfenendfüßchens (oberer Bildrand). Die Pfeilspitzen weisen auf Proteinbänder. Postsynaptisch dazu befinden sich die Horizontalzelldendriten (H) und ON-Bipolarzelldendriten (Stern). Der Asterisk markiert einen basalen Kontakt einer OFF-Bipolarzelle. Außerdem sind zwei desmosome-like junctions erkennbar (Pfeile). Maßstabsbalken: B, 2 µm; C, 0,5 µm. (Aus Haverkamp et al., 2000)

OFF-Bipolarzellen bilden hingegen flache Kontakte an der Basis des Zapfenendfüßchens aus (Dowling und Boycott, 1966). Wie einleitend erwähnt bestehen die dort exprimierten Glutamatrezeptoren hauptsächlich aus den Untereinheiten GluR1 (Abb. 4B), GluR5 (Abb.

6), GluR6/7 (Abb. 7) und KA2 (Maus/Ratte: Haverkamp et al., 2003; Übersichtsartikel von Brandstätter und Hack, 2001; Primat: Haverkamp et al., 2001a, b; Puller et al., 2007). Die flachen Kontakte unterscheiden sich wiederum in ihrer Triaden-assoziierten (TA) bzw.

nicht Triaden-assoziierten (NTA) Position (Abb. 4A) (Boycott und Hopkins, 1993;

Hopkins und Boycott, 1997). GluR1 und GluR6/7 sind dabei vorwiegend in der TA-Position, GluR5 in der NTA-Position zu finden (Haverkamp et al., 2001a, b; DeVries et al., 2006; Puller et al., 2007). Dementsprechend konnte im Primaten gezeigt werden, dass GluR1 und GluR6/7 nicht mit GluR5 in demselben postsynaptischen Fortsatz kolokalisiert sind (Haverkamp et al., 2001b; Puller et al., 2007). Die exprimierte GluR-Untereinheit (AMPA oder Kainat) und die Position des postsynaptischen Elements relativ zur Triade bestimmen dabei das Antwortverhalten der OFF-Bipolarzelle aus (DeVries, 2000; DeVries et al., 2006).

Abbildung 6: Lokalisation von GluR5 auf vertikalen Kryoschnitten der Makakenretina.

A – C, Fluoreszenzfärbung von GluR5 (A) und PSD-95 (B) zur Markierung der Photo-rezeptorterminalien. Die GluR5-Immunreak-tion zeigt sich jeweils als punktiertes Band unterhalb von sechs Zapfenendfüßchen (A).

Das Mischbild von A und B in C zeigt, dass die GluR5-Bänder mit der Basis der Zapfenend-füßchen zusammenfallen. Neben den Zapfenendfüßchen sind auch zwei Stäbchen-terminalien zu sehen (Pfeilspitzen). Maßstabs-balken: 5 µm. (Aus Haverkamp et al., 2001b)

Neben mGluR6 als Rezeptor der ON-Bipolarzellen sind auch ionotrope GluRs der AMPA-Rezeptoruntereinheiten GluR2/3 und GluR4 innerhalb der Invaginierungen am Photorezeptor auf den Spitzen der Horizontalzellfortsätze lokalisiert (Abb. 7A – C) (Maus/Ratte: Übersichtsartikel von Brandstätter und Hack, 2001; Kaninchen: Deng et al., 2006; Pan und Massey, 2007; Primat: Haverkamp et al., 2000, 2001a). Darüber hinaus formen die Horizontalzelldendriten ca. 1,5 µm unterhalb des Zapfenendfüßchens noch eine weitere postsynaptische Zone, die so genannten desmosome-like junctions (Missotten, 1965; Raviola und Gilula, 1975; Boycott und Hopkins, 1993) (Abb. 5A, C). Beim Primaten werden an diesen Membranspezialisierungen von je zwei benachbarten

Horizontalzell-(Haverkamp et al., 2000, 2001a, b). In der Mausretina wurde bislang noch nicht von einer GluR-Expression in diesen Bereichen der OPL berichtet. In der Kaninchenretina konnte hingegen die Lokalisation von GluR2/3 und GluR4 analog zum Primaten unterhalb des Zapfenendfüßchens gezeigt werden (Pan und Massey, 2007). Allerdings ist die Funktion der Rezeptorexpression in einem so weit vom Ort der Glutamatfreisetzung entfernten Bereich bislang ungeklärt.

Abbildung 7: Lokalisation von GluR4 und GluR6/7 am Zapfenendfüßchen. A – F, Fluoreszenzfärbung von GluR4 bzw. GluR6/7 und Bassoon zur Markierung der präsynaptischen Proteinbänder an je zwei Zapfenendfüßchen auf vertikalen Kryoschnitten der Makakenretina. A – C, Die GluR4-Immunreaktion erscheint als Doppelband am Zapfenendfüßchen (A). Das obere Band ist in den Invaginierungen dicht mit den Proteinbändern (B) assoziiert. Es gibt die Lokalisation von GluR4 auf den invaginierenden Horizontalzelldendriten wieder. Das untere GluR4-Band zeigt die Immunreaktion an den desmosome-like junctions. C, Mischbild von A und B. D – F, GluR6/7 ist ebenfalls als Doppelband erkennbar (A). Im Mischbild von D und E wird deutlich, dass das obere Band erwartungsgemäß weiter von den Proteinbändern (E) entfernt liegt, als es für GluR4 der Fall ist. Dort wird GluR6/7 von OFF-Bipolarzellen an basalen Kontakten zum Zapfenendfüßchen exprimiert. Das untere GluR6/7-Band zeigt wiederum die Rezeptorlokalisation an den desmosome-like junctions. Maßstabsbalken: 5 µm. (Aus Haverkamp et al., 2001b)