Characterization of functional changes in astrocytes induced by increased mTOR activation and their impact on neuronal excitability and epileptogenesis

Abstract

mTORopatie představují skupinu neurovývojových poruch způsobených dysregulací signální dráhy mTOR. Přestože byla úloha signalizace mTOR v neuronech rozsáhle studována, důsledky její zvýšené aktivity v astrocytech zůstávají méně objasněné. Hyperaktivace mTOR v astrocytech může vést k morfologickým a funkčním změnám a narušit mechanismy zajišťující homeostázu extracelulárního prostředí, včetně vychytávání draslíku a neurotransmiterů. Cílem této diplomové práce bylo zjistit, jak specifická aktivace signální dráhy mTOR v astrocytech ovlivňuje reaktivitu a elektrofyziologické vlastnosti astrocytů a jak se případné narušení jejich funkce promítá do chování zvířat. K aktivaci dráhy mTOR byl použit inducibilní myší model s tamoxifenem řízenou delecí genu Tsc1 v astrocytech. Aktivace dráhy byla hodnocena imunohistochemickou detekcí fosforylovaného ribozomálního proteinu S6. Morfologie astrocytů, jejich elektrofyziologické vlastnosti a chování zvířat byly dále analyzovány pomocí morfologické analýzy, záznamů metody patch- clamp v celobuněčném nastavení a testu otevřeného pole. Delece genu Tsc1 vedla ke zvýšení podílu pS6-pozitivních astrocytů v kůře a hipokampu, což potvrdilo úspěšnou aktivaci dráhy mTOR. Morfologická analýza odhalila pouze mírné změny tvaru těla astrocytů, které plně neodpovídaly typické...

mTORopathies are a group of neurodevelopmental disorders caused by dysregulation of the mTOR signalling pathway. Although the role of mTOR signalling in neurons has been studied extensively, the consequences of its increased activity in astrocytes remain less understood. Hyperactivation of mTOR in astrocytes may lead to morphological and functional changes and may disrupt mechanisms responsible for maintaining extracellular homeostasis, including potassium and neurotransmitter uptake. The aim of this diploma thesis was to investigate how astrocyte-specific activation of the mTOR pathway affects astrocyte reactivity and electrophysiological properties, and how the resulting impairment in astrocyte function influences animal behaviour, astrocyte properties and function. An inducible mouse model with tamoxifen-dependent deletion of the Tsc1 gene in astrocytes was used to activate the mTOR pathway. Pathway activation was assessed by immunohistochemical detection of phosphorylated ribosomal protein S6. Astrocyte morphology, electrophysiological properties and animal behaviour were further examined using morphological analysis, whole-cell patch- clamp recordings and the open-field test. Deletion of Tsc1 increased the proportion of pS6- positive astrocytes in the cortex and hippocampus, confirming...