Ionotropic glutamate receptor function in different types of inhibitory neurons in the cerebral cortex and hippocampus

Abstract

The mammalian cerebral cortex and hippocampus require strict maintenance of physiological excitation-inhibition (E/I) balance. This equilibrium is regulated by a diverse population of local GABAergic (GABA, γ-aminobutyric acid) interneurons. The activation of these inhibitory interneurons takes place via fast excitatory neurotransmission mediated by ionotropic glutamate receptors (iGluRs), specifically α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptors (AMPARs) and N-methyl-D-aspartate receptors (NMDARs). The modular architecture of glutamatergic receptors allows for a multitude of tetrameric assemblies with distinct properties, particularly across different inhibitory interneuron populations, such as parvalbumin (PV) or somatostatin (SST) expressing cells. This thesis investigates the roles of glutamate receptors present in specific inhibitory interneuron subtypes, exploring how the receptor composition shapes the function of inhibitory signaling. Lastly, this thesis briefly outlines how dysfunction in glutamate receptors, specifically in inhibitory interneurons, contributes to severe neurological and neuropsychiatric disorders. Key words: AMPA receptors, NMDA receptors, synaptic transmission, inhibitory interneurons, parvalbumin

1 ABSTRAKT Savčí mozková kůra a hipokampus vyžadují přísné udržování fyziologické rovnováhy mezi excitací a inhibicí (E/I). Táto rovnováha je regulována různorodou populací lokálních GABAergních (GABA, kyselina γ-aminomáselná) interneuronů. Aktivace těchto inhibičních interneuronů probíhá pomocí rychlé excitační neurotransmise zprostředkované ionotropními glutamátovými receptory (iGluRs), konkrétně receptory pro kyselinu α-amino-3-hydroxy-5- methyl-4-isoxazolpropionovou (AMPARs) a receptory pro N-methyl-D-aspartát (NMDARs). Modulární architektura glutamátových receptorů umožňuje vznik širokého spektra tetramerních komplexů s odlišnými vlastnostmi, a to zejména napříč různými populacemi inhibičních interneuronů, jako jsou buňky exprimující parvalbumin (PV) nebo somatostatin (SST). Táto práce zkoumá roli glutamátových receptorů přítomných ve specifických subtypech inhibičních interneuronů a analyzuje, jak složení receptoru formuje funkci inhibiční signalizace. V neposlední řadě táto práce stručně nastiňuje, jak dysfunkce glutamátových receptorů, konkrétně v inhibičních interneuronech přispívá k závažným neurologickým a neuropsychiatrickým poruchám. Klíčová slova: AMPA receptory, NMDA receptory, synaptický přenos, inhibiční interneurony, parvalbumin