Nachfolgend sind die Orte im Gehirn aufgeführt, an denen axo-axonische Synapsen bei verschiedenen Tieren zu finden sind.
KleinhirnrindeBearbeiten
Die axo-axonische Synapse in der Kleinhirnrinde erschien ursprünglich in einer der Zeichnungen von Santiago Ramón y Cajal in seinem 1909 veröffentlichten Buch. Später wurde mit Hilfe der Elektronenmikroskopie bestätigt, dass das Axon der Korbzellen auf den Axonhügel der Purkinje-Zellen in der Kleinhirnrinde von Katzen und anderen Säugetieren projiziert und axo-axonische Synapsen bildet. Die erste elektrophysiologische Charakterisierung einer axo-axonischen Synapse, die sich an Purkinje-Zellen bildet, wurde 1963 durchgeführt, wobei sich herausstellte, dass die präsynaptischen Axone der Korbzellen den terminalen Output der postsynaptischen Purkinje-Zellen durch die axo-axonische Synapse hemmen. Eine Studie auf Netzwerkebene ergab, dass die Körnerzellen (auch bekannt als die parallelen Fasern), die die Purkinje-Zellen aktivierten, auch die Korbzellen aktivierten, die anschließend die Wirkung der Purkinje-Zellen auf das nachgeschaltete Netzwerk hemmten.
GroßhirnrindeBearbeiten
Axo-axonische Synapsen finden sich in der Sehrinde (in V1 und V2) von Säugetieren und wurden bei Katzen, Ratten und Primaten wie Affen gut untersucht. Die Synapse wird an den Anfangsabschnitten der Axone von Pyramidenzellen in mehreren Schichten des visuellen Kortex gebildet. Die projizierenden Neuronen für diese Synapsen stammen aus verschiedenen Teilen des zentralen Nervensystems und des Neokortex. Ähnlich finden sich axo-axonische Synapsen im motorischen Kortex, im Subiculum und im piriformen Kortex. Im striatalen Kortex werden, wie die Golgi-Methode und die Elektronenmikroskopie zeigen, bis zu fünf axo-axonische Synapsen an einer einzigen Pyramidenzelle gebildet. In der Großhirnrinde können hemmende axo-axonische Synapsen eine weit verbreitete Rolle bei der Aktivität auf Netzwerkebene spielen, indem sie ein synchronisiertes Feuern von Pyramidenzellen ermöglichen, indem sie im Wesentlichen die Schwelle für die Ausgabe dieser Zellen modulieren. Diese Synapsen finden sich auch an den Anfangsabschnitten der Axone von Pyramidenzellen im somatosensorischen Kortex und im primären olfaktorischen Kortex, die sich als hemmend erweisen. Bei der Untersuchung der Lage der axo-axonischen Synapsen im primären olfaktorischen Kortex haben Forscher vermutet, dass axo-axonische Synapsen eine entscheidende Rolle bei der Synchronisierung von Oszillationen im piriformen Kortex (im olfaktorischen Kortex) spielen könnten, was den Geruchssinn unterstützt. Die axo-axonischen Synapsen finden sich auch im Hippocampus. Diese Synapsen werden hauptsächlich auf den Hauptzellen im Stratum oriens und Stratum pyramidale und selten auf dem Stratum radiatum gebildet; sie erhalten in der Regel Projektionen von lokalen GABAergen Interneuronen. Die horizontalen Interneuronen weisen eine laminare Verteilung der Dendriten auf und sind an axo-axonischen Synapsen im Hippocampus beteiligt, die direkten synaptischen Input von CA1-Pyramidenzellen erhalten. Im Allgemeinen deuten diese Studien also darauf hin, dass axo-axonische Synapsen einen grundlegenden Mechanismus der Informationsverarbeitung in der Großhirnrinde darstellen können.
BasalganglienBearbeiten
Mikroskopische Untersuchungen im Striatum deuteten zuvor auf ein seltenes Vorkommen axo-axonischer Synapsen in einzelnen Abschnitten hin. Extrapolationen aus den topologischen Daten deuten auf eine viel höhere Anzahl solcher Synapsen im Striatum hin, wo die therapeutische Rolle der axo-axonischen Synapsen bei der Behandlung der Schizophrenie bereits postuliert wurde. In dieser Studie untersuchten die Autoren 4.811 Synapsen in Striatumabschnitten von Ratten, und 15 davon erwiesen sich als axo-axonische Synapsen. Diese axo-axonischen Synapsen werden von dopaminergen hemmenden Interneuronen (auf der präsynaptischen Seite) gebildet, die auf die Axone der glutamatergen kortiko-striatalen Fasern im Striatum der Ratte projizieren.
HirnstammEdit
Axo-axonische Synapsen finden sich im spinalen Trigeminuskern im Hirnstamm. In elektronenmikroskopischen Studien am Hirnstamm von Kätzchen wurde die Synaptogenese von axo-axonischen Synapsen im Nucleus trigeminus spinalis in verschiedenen Entwicklungsstadien des Gehirns quantifiziert. Die Autoren identifizierten die Synapsen, indem sie die in den synaptischen Spalt freigesetzten Vesikel zählten, die in den Mikroaufnahmen zu sehen sind. Es zeigt sich, dass die axo-axonischen Kontakte während des gesamten Entwicklungszeitraums kontinuierlich zunehmen, beginnend im Alter von 3 Stunden bis zum Alter von 27 Tagen bei Jungtieren. Die höchste Rate der Synaptogenese findet in den ersten 3 bis 6 Tagen statt, an deren Ende der spinale Trigeminuskern des Kätzchens fast die Hälfte der axo-axonischen Synapsen der erwachsenen Katze aufweist. Später, zwischen dem 16. und 27. Lebenstag, kommt es zu einem weiteren Anstieg der axo-axonischen Synaptogenese. Axo-axonische Synapsen werden in den neuroanatomischen Studien, bei denen 5-Hydroxydopamin zur Markierung der axo-axonischen Synapsen verwendet wurde, auch im Nucleus solitaire (auch Nucleus des Tractus solitaire genannt) beobachtet, und zwar ausschließlich im commissuralen Teil. Axo-axonische Synapsen werden an Barorezeptor-Terminals durch präsynaptische adrenerge Fasern gebildet und spielen vermutlich eine Rolle beim Baroreflex.
RückenmarkEdit
Axo-axonische Synapsen finden sich im spinalen Reflexbogen von Säugetieren und in der Substantia gelatinosa von Rolando (SGR). Im Rückenmark werden axo-axonische Synapsen an den Terminals von sensorischen Neuronen mit präsynaptischen inhibitorischen Interneuronen gebildet. Diese Synapsen wurden erstmals anhand von intrazellulären Ableitungen von Motoneuronen im Rückenmark von Katzen untersucht, und es wurde gezeigt, dass sie eine präsynaptische Hemmung verursachen. Dies scheint ein gängiger Mechanismus im Rückenmark zu sein, bei dem GABAerge Interneuronen die präsynaptische Aktivität in sensorischen Neuronen hemmen und schließlich die Aktivität in motorischen Neuronen kontrollieren, was eine selektive Steuerung der Muskeln ermöglicht. Bei dem Versuch, das Vorkommen axo-axonischer Synapsen in der SGR-Region bei Ratten zu quantifizieren, wurden 54 solcher Synapsen unter den insgesamt 6.045 untersuchten Synapsen gefunden. Diese 54 axo-axonischen Synapsen wiesen entweder agranuläre Vesikel oder große granuläre Vesikel auf.
Vestibuläres SystemBearbeiten
Axo-axonische Synapsen finden sich im lateralen vestibulären Nukleus von Ratten. Axo-axonische Synapsen werden von den kleinen Axonen der Interneuronen an den Axonterminalen der großen Axone gebildet, die dem Hauptdendritenstamm vorgeschaltet sind. Interessanterweise stellten die Autoren fest, dass axo-axonische Synapsen, die bei Ratten reichlich vorhanden sind, im Nucleus vestibularis lateralis bei Katzen fehlen. Sie stellen fest, dass die bei Katzen identifizierten und beschriebenen Arten von Axonendigungen alle auch bei Ratten zu finden sind, dass aber umgekehrt die Axone, die die axo-axonischen Synapsen bilden, bei Katzen fehlen. Es wird angenommen, dass diese Synapsen die komplexe neuronale Berechnung des vestibulären Reflexes bei Ratten ermöglichen.
HindbrainEdit
Axo-axonische Synapsen finden sich in den Mauthnerzellen von Goldfischen. Der Axonhügel und die anfänglichen Axonsegmente der Mauthnerzellen erhalten Terminale von extrem feinen, unmyelinisierten Fasern, die den Axonhügel mit schraubenförmigen Fortsätzen bedecken. Diese schraubenförmigen Fortsätze um die Mauthnerzellen werden auch als Axonkappe bezeichnet. Der Unterschied zwischen den axo-axonischen Synapsen und anderen Synapsen auf Mauthnerzellen besteht darin, dass Synapsen auf Dendriten und Soma myelinisierte Fasern erhalten, während Axone unmyelinisierte Fasern erhalten. Mauthner-Zellen sind große Neuronen, die an schnellen Fluchtreflexen bei Fischen beteiligt sind. Daher könnten diese axo-axonischen Synapsen das Fluchtnetzwerk selektiv deaktivieren, indem sie die Wirkung der Mauthner-Zellen auf das weiter stromabwärts gelegene neuronale Netzwerk steuern. Die Untersuchung der morphologischen Variation der axo-axonischen Synapsen am Axonhügel der Mauthner-Zellen legt nahe, dass diese Synapsen evolutionär gesehen jünger sind als die Mauthner-Zellen. Die Reaktion auf den Schreck kann phylogenetisch kartiert werden, was bestätigt, dass basale Actinopterygia-Fische mit wenig bis gar keinen axo-axonischen Synapsen an den Mauthner-Zellen eine schlechtere Fluchtreaktion zeigen als Fische mit axo-axonischen Synapsen.
Neuromuskuläre VerbindungEdit
Hemmende axo-axonische Synapsen finden sich in den neuromuskulären Verbindungen von Krebstieren und wurden bei Flusskrebsen umfassend untersucht. Axo-axonische Synapsen werden an den exzitatorischen Axonen als postsynaptisches Neuron von den Motoneuronen auf der präsynaptischen Seite gebildet. Motorische Neuronen, die in den Gliederschließern und den akzessorischen Beugern der Gliedmaßen der Krebse der gemeinsame Inhibitor sind, bilden zusätzlich zur neuromuskulären Verbindung mit den Muskeln der Krebse axo-axonische Synapsen. Diese Synapsen wurden erstmals 1967 beobachtet, als man feststellte, dass sie eine präsynaptische Hemmung in den Beinmuskeln von Krebsen und Krabben verursachen. Spätere Studien ergaben, dass axo-axonische Synapsen je nach Lage der Beinmuskeln im Nervensystem unterschiedlich häufig vorkommen. In den proximalen Regionen gibt es beispielsweise dreimal so viele axo-axonische Synapsen wie in den zentralen Regionen. Es wird angenommen, dass diese Synapsen die Freisetzung von Neurotransmittern für kontrollierte Beinbewegungen begrenzen.