Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-4102
Ivanova, Elena N.
Systematic analysis of hyperpolarization-activated and cyclic nucleotide-gated (HCN) channels in photoreceptors and bipolar cells of the rat retina
VI, 95 S., 2003

Die Arbeit beschreibt die Verteilung und die funktionellen Eigenschaften hyperpolarisationsaktivierter und zyklisch Nukleotid-gesteuerter (engl. hyperpolarizationactivated and cyclic nucleotide-gated, HCN) Kanäle in der Rattenretina . Die Verteilung der vier HCN-Kanal-Untereinheiten HCN1 - 4 wurde mittels Immunhistochemie mit isoformspezifischen Antikörpern und Konfokaler Mikroskopie untersucht. In retinalen Gewebsschnitten ( slices") wurden Nervenzellen im Ganzzellmodus der patch-clamp Technik elektrophysiologisch abgeleitet . Dabei wurden die funktionellen Eigenschaften der HCN-Kanäle in insgesamt 240 Bipolarzellen und 20 Photorezeptorzellen untersucht. Während der Ableitung wurden die Zellen mit Lucifer Yellow gefüllt. Anhand morphologischer und elektrophysiologischer Kriterien konnten die abgeleiteten und gefüllten Bipolarzellen in 11 Typen von Zapfenbipolarzellen und einen Typ von Stäbchenbipolarzelle eingeteilt werden. Zwei der Zapfenbipolarzelltypen wurden erstmals beschrieben.
Sowohl immunhistochemisch als auch elektrophysiologisch wurde die Untereinheit HCN1 in Zapfen und Stäbchen gefunden. Zapfen exprimieren auch HCN3 an der Basis des Zapfenendfußes . Typ 3 Bipolarzellen exprimieren HCN4, Typ 5 und Typ 6a Bipolarzellen HCN1 und HCN4 . Diese Isoformen wurden überall in der Zelle gefunden. HCN2 dagegen wurde hoch konzentriert nur an den Axonterminalsystemen der Bipolarzelltypen 3, 5, 6, 7, 8 und 9 sowie der Stäbchenbipolarzelle lokalisiert. In den Bipolarzelltypen 1, 2 und 4 wurde keine HCNImmunreaktivität beobachtet . In den elektrophysiologischen Ableitungen wurden die Aktivierungskinetik der Kanäle und die Spannung halbmaximaler Aktivierung detailliert untersucht . Die HCN-Kanäle der Bipolarzellen stimmten in ihren Eigenschaften meist gut mit den entsprechenden Isoformen überein, die in HEK293 Zellen heterolog exprimiert wurden. Alle HCN-Ströme wurden durch extern appliziertes Cäsium blockiert. Zapfen und die Bipolarzelltypen 5 und 6a exprimierten mehr als eine HCN-Kanal-Isoform. Die elektrophysiologische Untersuchung ergab allerdings keine Hinweise auf die Bildung heterooligomerer Kanäle. In einigen Retinazelltypen unterschieden sich die funktionenellen Eigenschaften der HCN-Kanäle von denen heterolog exprimierter Kanäle. Das könnte bedeuten, dass HCN-Kanäle in der Retina moduliert werden. Vorläufige Experimente weisen darauf hin, dass intrazelluläres Calcium und cAMP an dieser Modulation beteiligt sind.
Die weite Verbreitung der HCN-Kanäle in der Retina lässt vermuten, dass sie an mehreren Stellen an der retinalen Informationsverarbeitung beteiligt sind. Ein besonders interessantes Ergebnis ist die synaptische Lokalisation von HCN2 und HCN3 . Es könnte bedeuten, dass HCNKanäle die synaptische Transmission regulieren.


Hyperpolarization-activated and cyclic nucleotide-gated (HCN) channels were studied in the rat retina. The expression pattern of the four HCN channel isoforms HCN1 - 4 was studied using immunocytochemistry with isoform-specific antibodies and confocal microscopy. Using the patch-clamp technique, functional properties of HCN currents were recorded in 240 voltage-clamped bipolar cells and 20 photoreceptor cells in a retinal slice preparation. While recording, cells were filled with Lucifer Yellow. On the basis of morphological and electrophysiological criteria, recorded and filled bipolar cells could be classified as 11 types of cone bipolar cells and one type of rod bipolar cell. Two of the cone bipolar cell types had not been identified in previous studies.
Based on immunohistochemical and electrophysiological results, HCN1 was found in rod and cone photoreceptors . Cones also expressed HCN3 at the cone pedicle base. Type 3 bipolar cells expressed HCN4, type 5 and type 6a bipolar cells HCN1 and HCN4. These isoforms were found throughout the bipolar cells. Strikingly, HCN2 was highly concentrated at the axon terminal systems of type 3, 5, 6, 7, 8, and 9 cone bipolar cells and the rod bipolar cell. No HCN immunoreactivity was found in type 1, 2, and 4 cone bipolar cells. In the electrophysiological recordings, the activation kinetics and the mid-point potential of activation were studied in detail. In general, the properties of HCN currents recorded from the different bipolar cell types in the retinal slice agreed reasonably well with those of the respective isoforms expressed heterologously in BEK293 cells. All HCN currents could be blocked by application of external cesium. Cones and cone bipolar cells type 5 and 6a expressed more than one HCN isoform, however, electrophysiologically, no evidence for the formation of heterooligomeric channels was found. In some instances, functional properties of HCN channels in retinal cells differed from those of the heterologously expressed channel isoforms, indicating that the channels might be modulated in the retina. Preliminary experiments suggest that intracellular calcium and CAMP might be involved in the modulation ofthe channels.
The widespread expression ofHCN channels in the retina suggests that they are involved in retinal information processing at several stages. The most striking feature of HCN channel distribution was the synaptic localization of HCN2 and HCN3. This might indicate that the channels are involved in regulation of synaptic transmission.

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Letzte Änderung: 07.06.2022