Untersuchungen zu der Östrogen-abhängigen Expression von Arc/Arg3.1 in weiblichen und männlichen embryonalen hippocampalen Neuronen

Abstract

Vorausgegangene Studien konnten zeigen, dass sowohl Arc/Arg3.1 als auch Östrogen die Gedächtnisbildung, insbesondere die Festigung des Langzeitgedächtnisses, beeinflussen. Arc/Arg3.1 und Östrogen spielen eine bedeutende Rolle für die Langzeitpotenzierung (long-term potentiation, LTP) und tragen somit zur synaptischen Plastizität, der Grundlage für Lernen und Gedächtnis, bei. Die hier vorliegende Arbeit sollte klären, ob Östrogen die Expression und Anreicherung von Arc/Arg3.1 in Somata und Dendriten von hippocampalen Neuronen beeinflusst und inwieweit ein direkter Zusammenhang besteht. Des Weiteren sollte ein möglicher sexueller Dimorphismus hinsichtlich der Östrogen-vermittelten Expression von Arc/Arg3.1 untersucht werden. Dafür wurden embryonale hippocampale Neuronen nach ihrem Geschlecht getrennt kultiviert und jeweils unter gleichen Bedingungen mit Letrozol, Östrogen(E2), BDNF sowie mit Östrogen und Letrozol in Kombination behandelt. Die Expressionslevel von Arc/Arg3.1 wurden mittels Western-Blot-Analyse und immunzytochemischem Nachweis bestimmt. Des Weiteren wurden nach immunzytochemischer Färbung der Östrogen-vermittelte Transport und die damit verbundene Anreicherung von Arc/Arg3.1 entlang der Dendriten durch Auszählung untersucht. Weibliche Neuronen zeigten nach der Stimulation mit Östrogen einen Anstieg der Arc/Arg3.1-Expressionslevel sowie einen vermehrten Transport von Arc/Arg3.1 in die Dendriten. Zudem konnte durch die kombinierte Behandlung mit Östrogen und Letrozol im Vergleich zu Kulturen, die nur mit Östrogen behandelt wurden, eine Reduktion der Arc/Arg3.1-Expressionslevel beobachtet werden. Die Hemmung des endogenen Östrogens mittels Letrozol kann somit nicht vollständig durch exogenes Östrogen kompensiert werden. In männlichen Neuronen hingegen ließen sich nach Östrogenbehandlung keine gesteigerten Arc/Arg3.1-Proteinlevel nachweisen. Dagegen führte hier die Behandlung mit Letrozol zu einer Steigerung der Arc/Arg3.1-Expression. Dies ist durch die erhöhte Konzentration von Dihydrotestosteron (DHT), welches durch die Inhibition der Aromatase nicht in Östrogen umgewandelt werden kann, erklärbar. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse einen sexuellen Dimorphismus hinsichtlich der Wirkung von Östrogen auf die Arc/Arg3.1-Expression in primären hippocampalen Neuronen. Im Hinblick auf den Zusammenhang zwischen Arc/Arg3.1 und der LTP ist in weiblichen Kulturen von einem Einfluss von Östrogen auf die LTP auszugehen.

Previous studies could show that both, Arc/Arg3.1 and estrogen (E2) influence memory formation, especially the consolidation of long-term memory. Arc/Arg3.1 and estrogen play an important role for long-term potentiation (LPT) and therefore contribute to synaptic plasticity, which is the basis of learning and memory. The aim of the present study was to investigate whether estrogen influences the expression and accumulation of Arc/Arg3.1 protein in the somata and dendrites of hippocampale neurons and to what extent a direct connection exists. Furthermore a potential sexual dimorphism with regard to the estrogen-mediated expression of Arc/Arg3.1 was to be analyzed. For this purpose, female and male embryonic hippocampale neurons were cultivated separately and treated under identical conditions with letrozole, E2, and a combination of E2 and letrozole, respectively. The expression levels of Arc/Arg3.1 were analyzed by western blot and immunocytochemistry. Furthermore, the estrogen-mediated transport and subsequent accumulation of Arc/Arg3.1 along dendrites was examined by counting immunocytochemical stained areas. After E2 stimulation, female neurons showed an increase of Arc/Arg3.1 expression levels, as well as an augmented transport of Arc/Arg3.1 to dendrites. Moreover, in comparison to cultures that were treated with E2 alone, a reduction of Arc/Arg3.1 expression levels could be observed after a combined treatment with E2 and letrozole. The inhibition of endogenous estrogen by letrozole therefore could not be completely compensated by exogenous estrogen. However, in male neurons no increase of Arc/Arg3.1 protein levels could be detected after E2 treatment, whereas the treatment with letrozole led to an increase of Arc/Arg3.1 expression. This can be explained by elevated concentration levels of dihydrotestosterone (DHT), which, due to the inhibition of aromatase, cannot be converted to estrogen. In summary, the results show a sexual dimorphism concerning the impact of estrogen on the Arc/Arg3.1 expression in primary hippocampal neurons. With regard to the connection between Arc/Arg3.1 and LPT, in female cultures an influence of estrogen on LTP can be assumed.