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Michael Rietsche

• Dendritic spines are small membranous protrusions covering the dendritic tree of principal telencephalic neurons, such as the GC or CA2-pc. The CA2-subregion is crucial for social memory. Dendritic spines are a main site of synaptic plasticity, which is a key element of learning and memory. The plasticity-related protein Synaptopodin (SP) is essential to form the spine apparatus (SA), a spine-specific organelle involved in synaptic plasticity. SP stabilizes dendritic spines. This thesis investigated, for the first time, the dendritic SP-distribution and its influence on spine density and spine head size under different conditions in adult mice ex vivo: 1) SP-overexpression (gain-of-function), 2) SP-deficiency (loss-of-function), and 3) wild type-level of SP-expression in male and female mice (sex-differences in dCA2). SP-overexpression in adult male CSPtg-mice led to a ~doubled ratio of SP+ spines in the OML of the DG, while the spine density, the average spine head size and the average SP-puncta size were not affected. Consistently, SP-deficiency in adult male SP-KO animals had no significant effect on average spine head size. Of importance, under SP-overexpression, many small spines and a few large spines become SP+, assumingly assembling a SA. On a functional level, this may indicate an activation of silent synapses. dCA2 showed sex specific differences in spine density and spine morphology in a layer-specific manner: In males, pc-spines of the basal dCA2-compartment showed larger spine heads than females in the diestrus stage of their cycle (females (diestrus), while spine density was not significantly different. In the apical dCA2-compartment (sr), females (diestrus) showed an increased spine density, while spine head size was still shifted towards larger head sizes in males. In addition, dCA2 showed significant layer-specific differences in spine head size, but in a sex-independent manner: In both sexes, average spine head size in the apical sr was significantly smaller than in the basal so. This findings could reflect a yet unknown compartment-specific difference in synaptic plasticity in the basal compartment, which is preferentially targeted by neuromodulatory input from extrahippocampal sources such as the PVN or SUM99,101,170,189-195. In so of dCA2, there was no sex-specific difference in SP-puncta size or in the ratio of SP+ spines, indicating that SP is distributed in a sex-independent manner in dCA2 in adult mice.
• Dendritische Dornen sind kleine Plasmamembranprotrusionen, die auf vielen telenzephalischen Nervenzellen, wie der Körnerzelle des Gyrus dentatus oder die Pyramidenzelle der CA2-Region des Hippocampus, vorkommen. CA2 wird als unabdingbar für das Soziale Gedächtnis angesehen. Dendritische Dornen sind Schauplatz der synaptischen Plastizität. Das Protein Synaptopodin (SP) ist essentieller Bestandteil des Dornenapparats (spine apparatus, SA), einer für dendritische Dornen spezifischen Zellorganelle, die für die synaptische Plastizität eine große Rolle spielt. SP scheint zudem in der Lage zu sein, dendritische Dornen zu stabilisieren. Die vorliegende Arbeit untersuchte ex-vivo in Hirngewebe von ausgewachsenen Mäusen die SP-Proteinverteilung auf dendritische Dornen, deren Kopfgröße sowie die Anzahl der Dornen pro µm unter den folgenden Bedingungen: 1) SP-Überexpression (gain-of-function), 2) SP Defizienz (loss-of-function), und 3) physiologische Expression von SP in männlichen und weiblichen Mäusen, im Hinblick auf Geschlechtsunterschiede. Eine ungefähr 2-fache Überexpression von SP in männlichen Mäusen führte zu einer ungefähr verdoppelten Rate an SP-positiven Dornen (d.h. Dornen, die sehr wahrscheinlich einen Dornapparat besitzen). Die Dichte aller Dornen, die durchschnittliche Kopfgröße sowie die durchschnittliche Größe von immungefärbtem SP in SP+ Dornen blieb unverändert. Passend hierzu zeigten männliche SP-defiziente Mäuse vergleichbar große Dornenköpfe wie ihre Kontrollgruppe. Unter SP-Überexpression wurden besonders viele kleine und wenige sehr große Dornen SP+, was auf eine Aktivierung von sog. «schweigenden Synapsen» hindeuten könnte. Die dCA2-Region zeigte geschlechts- und schichtspezifische Unterschiede: In so der Männchen hatten die Dornen größere Köpfe, während die Dornendichte unverändert war. In sr der Weibchen war die Dornendichte erhöht, während die Verteilung der Dornkopfgrößen in den Männchen signifikant unterschiedlich war, zugunsten großer Dornköpfe. Unabhängig vom Geschlecht waren die durchschnittliche Dornkopfgröße in sr kleiner als in so, was auf einen geschlechtsunabhängigen, kompartimentspezifischen Unterschied in Synaptischer Plastizität in CA2 hinweisen könnte. SP zeigte keinen Unterschied zwischen den Geschlechtern, was auf eine geschlechtsunabhängige Verteilung und/oder Funktion hindeutet.