Podcasts about gap junctions

What role does bioelectricity play in the formation of new organisms? How do cells connect to form a hierarchy of ever more advanced cognnition, preferences and goals? What are the implications for regenerative medicine, sense of self and consciousness? In this episode we have the extraordinary role of bio-electricity in the orchestration and elaboration of organisms to look at. I became interested in this topic in the nineties when I read a book that was controversial at the time: ‘The Body Electric', by Dr. Robert Becker who had been studying the bioelectric fields around salamanders as they regenerated limbs. I've been hoping to hear about it again ever since, but I thought the research had died out. That was until my guest Zhen Xu at the university of Michigan, spoke about the work of my guest today, in our episode #37 on her work “Histotripsy: Ultrasound for destroying cancer cells”. He is the award winning Biology professor at TUFTS Michael Levin, in the department of regenerative and developmental Biology, although he started out as a computer engineer. His specialisations are in how cells form bioleletrical networks, used for storing and recalling the pattern memories that guide morphogenesis. He then applies that to next generation Ai to help understand a top down control of pattern regulation in the new field of the bioinformatics of shape. He is also a visionary in how all this can be applied to regenerative medicine and bioengineering and his work obliges us to re-examine our approach to morphogenesis. I have been longing to find someone to talk to about the implications of this work for the biolelectric nature of collective intelligence, and how that builds up ever higher levels and layers of collective cellular agency, cognition and sense of self, culminating perhaps in collective intelligences greater than single organisms. For that answer you'll have to listen to what Michael says in the episode. What we discuss: 00:00 Intro. 06:10 Bioelectrical fields are responsible for which cells become which body parts. 07:30 The cognitive ‘glue' that binds collectives of cells to goals, agency and preferences. 09:30 Morphogenesis explained. 11:00 Self-organising cellular adaptability. 12:30 Cells also communicate using electric signals, not only neurones. 16:00 How are cognitive memories encoded in the electrical field? We don't know yet. 16:45 “Electric face” present in the field: copy it, apply it elsewhere and it grows there! 18:30 The bioelectrical pattern is instructive. 20:15 It's a simple information encoding. 20:30 Competent active cellular material. 24:30 DNA vs Bioelectricty: Analogy of Hardware vs Software with reprogrammability 28:00 Where is the location of the forms stored, memorised and encoded in the bioelectric field? 30:30 “We really have to redefine what me mean by “Where”“ 32:21 We don't know where the truths of mathematics reside. 38:10 Bioengineering: Training competent materials VS building passive materials. 40:30 Agential' material: Cells have agency and preferences. 44:30 Zenobots: cells re-program themselves in days, with no training only influenced by their environment. 50:40 Highly regenerative, cancer resistant, immortal: Plenaria asexual worms. 55:40 Gap Junctions: bioelectric gates for cells to network memories and agency 01:01:50 Cognitive hierarchy of selves within selves, with increasing levels of advanced complexity and agency, each with subjective experience. 01:08:00 Collaborative collective intelligence between organisms VS ever larger selves as one unified intelligence. 01:09:00 Testing agency at any level: Perturbative experiment over only observation. References: https://drmichaellevin.org/ https://thoughtforms.life/ Voltage movie of an embryo developing “Electric face” - Dany Adams, TUFTS Agential material Nature paper Zenobot researchWerner Lowenstein book - the discovery of Gap junctions

Link to bioRxiv paper: http://biorxiv.org/cgi/content/short/2022.12.14.520502v1?rss=1 Authors: Dossi, E., Zonca, L., Pivonkova, H., Vargova, L., Chever, O., Holcman, D., Rouach, N. Abstract: Throughout the brain, astrocytes form networks mediated by gap-junction channels that promote the activity of neuronal ensembles. Although their inputs on neuronal information processing are well established, how molecularly gap junction channels shape neuronal network patterns remains unclear. Here using astroglial connexin-deficient mice, in which astrocytes are disconnected and neuronal bursting patterns are abnormal, we found that astrocyte networks strengthen bursting activity via dynamic regulation of extracellular potassium levels, independently of glutamate homeostasis or metabolic support. Using a novel facilitation-depression model, we identified neuronal afterhyperpolarization as the key parameter underlying bursting patterns regulation by extracellular potassium in mice with disconnected astrocytes. We confirmed experimentally this prediction, and revealed that astroglial network-control of extracellular potassium sustains neuronal afterhyperpolarization via activation of KCNQ voltage-gated K+ channels. Altogether, these data delineate how astroglial gap-junctions mechanistically strengthen neuronal population bursts, and points to approaches for controlling aberrant activity in neurological diseases. Copy rights belong to original authors. Visit the link for more info Podcast created by Paper Player, LLC

Link to bioRxiv paper: http://biorxiv.org/cgi/content/short/2020.08.11.246686v1?rss=1 Authors: Katada, Y., Kunimi, H., Kobayashi, K., Okano, H., Tanaka, K. F., Tsubota, K., Kurihara, T. Abstract: Ectopic induction of optogenetic actuators, such as channelrhodopsin, is a promising approach to restore vision in the degenerating retina. However, the cell type-specific response of ectopic photoreception has not been well understood. It is not easy to obtain efficient gene expression in a specifically targeted cell population by a transgenic approach. In the present study, we established retinal ganglion cell (RGC)- and amacrine cell gene induction in a murine model with high efficiency using an improved tetracycline transactivator-operator bipartite system (KENGE-tet system). To investigate the cell type-specific visual restoration effect, we expressed the channel rhodopsin gene into RGCs and amacrine cells using this system. Then, enhancement of the visual restoration effect was observed by gene transfer not only to RGCs but also to starburst amacrine cells. It was suggested that photoresponse from amacrine cells enhanced the maintained response of ganglion cells and furthered the visual restoration effect. Copy rights belong to original authors. Visit the link for more info

Link to bioRxiv paper: http://biorxiv.org/cgi/content/short/2020.07.15.205336v1?rss=1 Authors: Cooler, S., Schwartz, G. W. Abstract: Receptive fields (RFs) are a foundational concept in sensory neuroscience. The RF of a sensory neuron is shaped by the properties of its synaptic inputs from connected neurons. In the early visual system, retinotopic maps define a strict relationship between the location of a cell's dendrites and its RF location in visual space. Retinal ganglion cells (RGCs), the output cells of the retina, form dendritic mosaics that tile retinal space and have corresponding RF mosaics that tile visual space. The precise location of dendrites in some RGCs has been shown to predict their RF shape. Previously described ON-OFF RGCs have aligned dendrites in ON and OFF synaptic layers, so the cells respond to increments and decrements of light at the same locations in visual space. Here we report a systematic offset between the ON and OFF RFs of an RGC type. Surprisingly, this property does not come from offset ON and OFF dendrites but instead arises from electrical synapses with RGCs of a different type. This circuit represents a new channel for direct communication between ON and OFF RGCs. Using a multi-cell model, we find that offset ON-OFF RFs could improve the precision with which edge location is represented in an RGC population. Copy rights belong to original authors. Visit the link for more info

Eine effektive Regulation der Gewebedurchblutung erfordert eine Koordination der Reaktion einzelner Gefäßzellen bzw. verschiedener Gefäßabschnitte. Der zur Koordination erforderliche interzelluläre Signalaustausch kann zumindest teilweise über Gap Junction-Kanäle erfolgen, die als interzelluläre Verbindungen den Austausch von elektrischen und chemischen Signalstoffen zwischen benachbarten Zellen ermöglichen. Dieser Austausch kann über die Modulation der Permeabilität von Gap Junction-Kanälen reguliert werden. Aus Untersuchungen an Modellzellen (HeLA-Zellen) war bereits bekannt dass NO eine solche Modulatorwirkung ausübt, wenn die Gap Junctions nur Connexin 37 (Cx37) enthalten während kein Effekt von NO auf Gap Junctions zu beobachtet war, wenn Gap Junctions aus Cx43 oder Cx40 gebildet wurden. Da Endothelzellen normalerweise alle drei Connexine exprimieren, sollte in der vorliegenden Arbeit untersucht werden, inwieweit NO in diesen Zellen überhaupt eine nachweisbare Wirkung auf die Gap Junction Permeabilität und damit auf den Signalaustausch entfaltet. Als Modell des Signalaustauschs wurde die Ausbreitung von Calciumwellen jeweils zwischen Endothelzellen oder glatten Muskelzellen allein oder zwischen beiden Zelltypen untersucht. Nach Auslösung von interzellulären Calciumwellen als Folge einer mechanischen Stimulation von einzelnen Zellen konnte zunächst gezeigt werden, dass die interzelluläre Ausbreitung von Calcium unter den gewählten Versuchsbedingungen über Gap Junctions-erfolgte. Im Gegensatz zum Modellsystem der HeLa Zellen, in denen nur Cx37 exprimiert war, zeigte NO in den Endothelzellen (humane Nabelschnur, alle drei Connexine exprimiert) abgesehen von einer geringradigen Verzögerung keinen Hemmeffekt auf die Gap Junction-abhängige Ausbreitung von Calcium-Signalen. Wurde jedoch Cx43 durch Behandlung mit siRNA herunterreguliert, führte NO auch in den Endothelzellen zu einer Hemmung der interzellulären Calciumwellenausbreitung. Auch in intakten Endothelzellen, die mit glatten Muskelzellen kokultiviert wurden, ließ sich bei genauerer Analyse ein Hemmeffekt von NO nachweisen. Dieser war jedoch auf die Zellbereiche beschränkt, in denen Endothelzellen und glatte Muskelzellen unmittelbar benachbart waren (myoendotheliale Junctions). In diesen myoendo-thelialen Gap Junctions, fanden wir auf der Endothelseite immunhistochemisch überwiegend Cx37 exprimiert. Aufgrund dieser präferentiellen Lokalisation von Cx37 scheint daher NO eine besondere Rolle bei der Modulation des Calciumaustauschs (und potentiell auch anderer Signalmoleküle wie IP3 oder cyclische Nukleotide) zu spielen. Die Kontrolle des Calciumaustauschs könnte funktionell eine calciumabhängige glattmuskuläre Kontraktion bei Endothelstimulation verhindern und somit die endothelabhängige Dilatation verstärken. Diese bisher unbekannte NO-Wirkung auf Cx37-exprimierende Gap Junctions könnte einen weiteren Mechanismus der Gefäßtonusregulation darstellen.

Background: Gap junctional calcium signal propagation (transfer of calcium or a calcium releasing messenger via gap junctions) between vascular cells has been shown to be involved in the control of vascular tone. We have shown before that nitric oxide (NO) inhibits gap junctional communication in HeLa cells exclusively expressing connexin 37 (HeLa-Cx37) but not in HeLa-Cx40 or HeLa-Cx43. Here we studied the effect of NO on the gap junctional calcium signal propagation in endothelial cells which, in addition to Cx37, also express Cx40 and Cx43. Furthermore, we analyzed the impact of NO on intermuscle and on myoendothelial gap junction-dependent calcium signal propagation. Since specific effects of NO at one of these three junctional areas (interendothelial/myoendothelial/ intermuscle) may depend on a differential membrane localization of the connexins, we also studied the distribution of the vascular connexins in small resistance arteries. Results: In endothelial (HUVEC) or smooth muscle cells (HUVSMC) alone, NO did not affect gap junctional Ca2+ signal propagation as assessed by analyzing the spread of Ca2+ signals after mechanical stimulation of a single cell. In contrast, at myoendothelial junctions, it decreased Ca2+ signal propagation in both directions by about 60% (co-cultures of HUVEC and HUVSMC). This resulted in a longer maintenance of calcium elevation at the endothelial side and a faster calcium signal propagation at the smooth muscle side, respectively. Immunohistochemical stainings (confocal and two-photon-microscopy) of cells in co-cultures or of small arteries revealed that Cx37 expression was relatively higher in endothelial cells adjoining smooth muscle (culture) or in potential areas of myoendothelial junctions (arteries). Accordingly, Cx37 - in contrast to Cx40 - was not only expressed on the endothelial surface of small arteries but also in deeper layers (corresponding to the internal elastic lamina IEL). Holes of the IEL where myoendothelial contacts can only occur, stained significantly more frequently for Cx37 and Cx43 than for Cx40 (endothelium) or Cx45 (smooth muscle). Conclusion: NO modulates the calcium signal propagation specifically between endothelial and smooth muscle cells. The effect is due to an augmented distribution of Cx37 towards myoendothelial contact areas and potentially counteracts endothelial Ca2+ signal loss from endothelial to smooth muscle cells. This targeted effect of NO may optimize calcium dependent endothelial vasomotor function.

Thu, 19 Dec 2013 12:00:00 +0100 https://edoc.ub.uni-muenchen.de/16448/ https://edoc.ub.uni-muenchen.de/16448/1/Galata_Christian.pdf Galata, Christian

Das Gefäßendothel hat eine wichtige Funktion in der lokalen Regulation des Gefäßtonus. Veränderungen im Blutfluss („shear stress“) und/oder die Bindung von vasoaktiven Substanzen (Histamin, ATP) führen über einen endothelialen Calciumanstieg zur Bildung von Stickstoffmonoxid (NO), das in der benachbarten glatten Gefäßmuskulatur zur Relaxation der Zellen und damit zur Dilatation des Gefäßes führt. Für eine wirkungsvolle Endothelfunktion ist dabei ein synchrones Verhalten aller Endothelzellen - als Folge eines synchronen zytosolischen Calciumanstiegs – eine wichtige Voraussetzung. Für die vorliegende Arbeit wurde postuliert, dass eine synchrone Calciumantwort nach Stimulation der Endothelzellen mit Histamin oder ATP entscheidend von der Gap Junction Kopplung zwischen den Zellen abhängt. Dieser Kopplung käme somit eine neue modulierende Rolle für die Reaktion des Endothels auf vasodilatierende Substanzen zu. Kultivierte humane Nabelschnurvenenendothelzellen (HUVEC) wurden mit Histamin oder ATP vor, während und nach pharmakologischer Gap Junction Blockade stimuliert und der zeitliche Verlauf des Calciumanstiegs in allen individuellen Zellen eines Sichtfeldes wurde mit Hilfe eines Mikroskop-basierten Kamerasystems analysiert. Als Maß für die calciumabhängige NO-Bildung wurde der Histamin-induzierte cGMP Anstieg in Endothelzellen unter Kontrollbedingungen und nach Gap Junction Inhibition untersucht. Die Verteilung von Histamin- und ATP-Rezeptoren innerhalb der HUVECPopulation wurde mit Durchflusszytometrie bzw. Immunfluoreszenz analysiert. Zusätzlich wurde nach mechanischer Stimulation von Einzelzellen untersucht, ob der von Gap Junctions abhängige zytosolische Calciumanstieg in Nachbarzellen („Calciumwelle“) auf der Ausbreitung von Ca2+ und/oder der Ausbreitung des calciumfreisetzenden Signalstoffs IP3 beruht. Ausgehend von initial reagierenden Zellen erfolgte der Calciumanstieg nach Zugabe von Histamin und ATP zeitlich verzögert in deren Nachbarzellen. Während einer Blockade der gap-junctionalen Kommunikation konnte nur in etwa 40 % der Zellen eine Calciumreaktion beobachtet werden. Diese Beobachtungen an HUVEC wurden zudem in ersten Versuchen am isolierten Gefäß nach Stimulation mit ATP bestätigt. Die Histaminrezeptoren waren in HUVEC-Kulturen inhomogen verteilt und nur in einem Teil der Zellen nachweisbar. Außerdem war nach einer Gap Junction Blockade die cGMP-Konzentration (als Maß für die NO-Bildung) in HUVEC-Zelllysat nach Stimulation mit Histamin deutlich verringert. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass IP3 eine wichtige Rolle für die Ausbreitung der Calciumwelle über Gap Junctions spielt. Diese Ergebnisse zeigen, dass die interzelluläre Kommunikation über Gap Junctions für eine synchrone Antwort des Endothels auf die vasoaktiven Substanzen Histamin und ATP wesentlich ist. Eine Inhibition der interzellulären Kommunikation führt zu einem verminderten Calciumanstieg und verminderter NO-Produktion in der Endothelschicht. Gap Junctions modulieren somit die Sensitivität des Endothels auf vasoaktive Substanzen. Eine gezielte Beeinflussung der Gap Junction-Permeabilität des Endothels könnte somit ein vielversprechender Ansatzpunkt für die Therapie von pathophysiologischen Gefäßveränderungen wie Atherosklerose oder Diabetes darstellen, die mit vasomotorischen Endothelfunktionsstörungen einhergehen.

Vaskuläre Erkrankungen sind als Ursache für Mortalität und Morbidität führend in westlichen Industrieländern. Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass oxLDL eine herausragende Rolle bei der Atheroskleroseinduktion bzw. -progression zukommt. Die initiale Wirkung von im Blut zirkulierendem oxLDL findet auf der Ebene der Interaktion mit dem vaskulären Endothel statt und resultiert in der endothelialen Dysfunktion. Da die Zellfunktion durch die Integrität der Endothelzellschicht bzw. deren interzelluläre Kommunikation mitbestimmt ist, wäre es denkbar, dass für die oxLDL-induzierten Veränderungen im Endothel u. a. die Beeinflussung der Zell-Zell-Kommunikation via Gap Junctions eine Rolle spielt. Bislang war jedoch wenig darüber bekannt, welchen Einfluss oxLDL auf die interzelluläre Kommunikation über Gap Junctions in Endothelzellen ausübt. Außerdem war es nicht geklärt, inwiefern diese Veränderungen in der Zell-Zell-Kommunikation die Induktion und den Schweregrad der oxLDL-induzierten Apoptose beeinflussen. Ziele der Studie waren daher i) zu analysieren, ob und über welche Mechanismen oxLDL einen Einfluss auf die interzelluläre Kommunikation über Gap Junctions in Endothelzellen ausübt, ii) zu untersuchen, welche Bedeutung der interzellulären Kommunikation über Gap Junctions bzw. einzelnen Connexinen bei der Induktion der Apoptose zukommt. Mittels der Dye-Transfer-Methode nach Farbstoffinjektion in eine einzelne Zelle konnten wir zeigen, dass oxLDL eine signifikante Steigerung der interzellulären Kommunikation über Gap Junctions in HUVEC induziert. Dieser Effekt ist dosisabhängig: er zeigte sich nur bei geringen oxLDL-Konzentrationen (15 bzw. 26 μg/ml) und wurde bei weiterer Erhöhung der Konzentration bis auf 100 μg/ml wiederum aufgehoben. Die durch oxLDL verstärkte Zell-Zell-Kommunikation wurde in Endothelzellen durch einen cAMP/PKA abhängigen Mechanismus vermittelt, wobei die cAMP-Freisetzung durch ein Cyclooxygenaseprodukt, wahrscheinlich Prostacyclin, getriggert wurde. Mittels immunhistochemischer Färbungen für Cx37 und Cx43 konnten wir nicht bestätigen, dass die oxLDL-induzierte Verstärkung der Zell-Zell-Kommunikation infolge einer Hochregulation der Connexin-Expression auftritt. Im zweiten Teil der Studie wurde der Einfluss von oxLDL auf die Apoptoseinduktion analysiert. Die Apoptose wurde mittels der Annexin V - Propidium Iodid Färbung bzw. durch Nachweis des Mitochondrienmembranpotentials durchflusszytometrisch erfasst. OxLDL verursachte einen signifikanten Anstieg der Apoptoserate in HUVEC. Zur Aufklärung der Rolle bestimmter Connexine wurden weitere Experimenten in Cx-transfizierten HeLa-Zellen durchgeführt. In diesen Zellen erhöhen einzelne Connexine die Apoptoserate in unterschiedlichem Ausmaß: Cx43 > Cx40 > Cx37. Um zu prüfen, ob die bloße Anwesenheit der Connexine dafür von Bedeutung war oder ob von Connexinen gebildete Gap Junctions dafür von Bedeutung waren, wurden weitere Experimente durchgeführt. Dafür wurden in einem neuen Versuchsansatz Zellen in Suspension (keine Zell-Zell-Kontakte) sowie adhärente Zellen im Monolayer (bestehende Zell-Zell- Kontakte) einer proapoptotischen Stimulation durch Streptonigrin unterzogen. Die Zellen in Suspension wiesen erst zu einem deutlich späteren Zeitpunkt apoptotische Veränderungen auf. Das deutet auf eine Beteiligung der Gap Junctions bei der Apoptoseinduktion hin. Diese Interpretation wurde durch Befunde einer weiteren Versuchsreihe bestätigt. Bei Inkubation von apoptotischen Cx43-positiven Zellen mit intakten Zellen wurde die Apoptoserate der Letzteren nur dann signifikant erhöht, wenn diese ebenfalls Connexin 43 exprimierten und funktionelle Gap Junctions mit den bereits apoptotischen Zellen de novo bilden konnten. Somit demonstriert diese Arbeit, dass Gap Junctions eine wichtige Rolle bei der Apoptoseinduktion spielen. In nachfolgenden Studien soll in Atherosklerose-Modellen überprüft werden, ob und inwiefern die hier beschriebenen Mechanismen auch unter den In-Vivo-Bedingungen bei den oxLDL-assoziierten Gefäß/Endothelschäden eine Rolle spielen.

Gefäßzellen und Gefäßabschnitte in Arteriolen der Mikrozirkulation reagieren auf endotheliale Autakoide, Gewebsmetabolite und transmurale Druckänderungen nicht als isolierte Einheiten, sondern in koordinierter Art und Weise, was u.a. auf der Ausbreitung von Membranpotentialänderungen über Gap-Junctions entlang der glatten Muskelzellschicht und dem Endothel beruht. Dies ermöglicht die Koordination des Gefäßtonus in parallel und hintereinander liegenden Gefäßabschnitten, was zur aufsteigenden Vasodilatation und der Zunahme der Skelettmuskeldurchblutung bei Arbeit beiträgt. Diese von Nerven unabhängige intra- und intervaskuläre Kommunikation zeigt sich auch bei lokalisierter Stimulation mit bestimmten vasoaktiven Substanzen durch eine sich weit über den Ort der direkten Wirkung schlagartig ausbreitende Gefäßreaktion (conducted vasomotor response). Um die Auslöser von fortgeleiteten Gefäßreaktionen zu untersuchen, wurden Arteriolen des Cremastermuskels in anästhesierten Goldhamstern mittels einer Mikropipette mit einem Mikrobolus (

Die Anpassung der Gewebsdurchblutung an die unterschiedlichen Bedarfssituationen, setzt ein koordiniertes Verhalten der Gefäße im mikrovaskulären Gefäßnetz voraus. Diese Koordination der vasomotorischen Reaktionen im mikrovaskulären Gefäßsystem, ist möglicherweise auf die interzelluläre Kommunikation der Endothelzellen angewiesen. Die Endothelzellen und glattten Muskelzellen der Blutgefäße sind über Gap Junctions gekoppelt, auch eine myoendotheliale Kopplung wird diskutiert. Dadurch können Signale in Form von Ionen (und damit Änderungen des Membranpotentials) oder kleinen Moleküle über solche interzellulären Kanäle entlang der Endothelzellschicht weitergegeben werden. Völlig unbekannt ist aber, ob die Permeabilität dieser endothelialen Gap Junctions reguliert wird. Deshalb wurde in dieser Arbeit untersucht, ob vom Endothel gebildete lokal wirksame Gewebshormone (Autakoide, wie NO und Prostacyclin) die Durchlässigkeit der Gap Junctions beeinflussen. Hierzu wurde in konfluenten Kulturen von humanen umbilikalvenösen Endothelzellen (n=190) die Ausbreitung der Farbstoffe Carboxyfluoresein und Calcein nach Injektion in eine einzelne Endothelzelle in die benachbarten Endothelzellen untersucht. Es konnte gezeigt werden, daß der injizierte Farbstoff tatsächlich nur über interzelluläre Kanäle von einer Zelle zur nächsten gelangt. Diese Kanäle werden von Connexinen gebildet, denn ein Peptid, das das Aneinanderdocken der Connexine verhindert, reduzierte die Ausbreitung des fluoreszierenden Farbstoffs. Daher kann mit dieser Methode tatsächlich die Kopplung der Zellen über Gap Junctions untersucht werden. Die erhobenen Daten zeigen, daß die Anzahl der fluoreszierenden Zellen nach Hemmung der NO-Synthase mit Nw-nitro-L-Arginin (L-NA, 30µmol/L) um bis zu 29% zunahm, während die anschließende erneute Freisetzung von NO durch zwei differente NO-Donoren (SNAP bzw. SNP, 1 µmol/L) die Zahl der fluoreszierenden Zellen wieder auf den Ausgangswert reduzierte oder sogar unterhalb den, der unbehandelten Kontrollzellen senkte. Diese durch NO hervorgerufene Wirkung blieb in Anwesenheit des Hemmstoffes der löslichen Guanylatcyclase ODQ (10 µmol/L) oder der Radikalfänger Tiron und Superoxiddismutase unverändert. Dies weist daraufhin, daß es sich bei dieser durch NO hervorgerufenen Hemmung um einen direkten Effekt von NO handelt, der weder über die Bildung von cGMP noch über eine gesteigerte Peroxynitritproduktion vermittelt wird. Auch eine Hyperpolarisation der Endothelzellen durch den Aktivator von KATP-Kanälen HOE234 (1 µmol/L) hatte keinen Einfluß auf die Kopplung der Zellen. Im Gegensatz dazu hatte NO in Anwesenheit der Hemmstoffe der Tyrosinphosphatase Orthovanadat (100 µmol/L) und Phenylarsinoxid (1 µmol/L) keinen Einfluß mehr auf die endotheliale Kommunikation via Gap Junctions. Dagegen führte die Behandlung der Zellen mit dem Tyrosinkinase Inhibitor Genistein (100 µmol/L) zu einer deutlichen Reduktion der endothelialen Kopplung (-14%), die mit der Wirkung von NO vergleichbar war. Daraus läßt sich schließen, daß die durch NO hervorgerufene Wirkung auf die interzelulläre Kommunikation über eine Verminderung der Tyrosinphosphorylierung vermittelt zu werden scheint. Außerdem zeigen diese Daten, daß Prostacyclin die endotheliale Kopplung signifikant steigert, und das diese Wirkung über das gebildete cAMP vermittelt wird. Denn nicht nur das Prostacyclin Analogon Iloprost (1 µmol/L), sondern auch der Aktivator der Adenylatcyclase Forskolin (30 µmol/L), verbesserte die Ausbreitung des Farbstoffes signifikant . Schließlich zeigen die Ergebnisse auch, daß die beiden vom Endothel gebildeten Substanzen sich gegenseitig in ihrer Wirkung auf die endothelialen Gap Junctions beeinflussen können. Die erhobenen Daten zeigen erstmals eine Rolle von NO und Prostacyclin in der Regulation der Permeabilität endothelialer Gap Junctions. Diese Regulationsmöglichkeit und die Auswirkungen einer vermehrten oder verminderten Kopplung der Endothelzellen wirft zahlreiche neue Fragestellungen auf z. B. hinsichtlich der Pathophysiologie der coronaren Herzkrankheit oder auch des arteriellen Hypertonus und bietet damit auch die Möglichkeit zur Entwicklung neuer Therapiemöglichkeiten.

Diese Arbeit befasst sich mit der Embryonalentwicklung des Vorderhirns bei der Maus. Es werden die zellulären und molekularen Mechanismen untersucht, die eine distinkte Entwicklung von zwei benachbarten Regionen im Telencephalon, dem zerebralen Cortex und dem Striatum, ermöglichen. Es wird gezeigt, dass Zellen, die im Cortex entstehen, innerhalb des Cortex wandern, aber nicht über die Grenze in den Striatum hinein wandern können. Auf der anderen Seite können Zellen aus dem Striatum in den Cortex hinein wandern. Die Untersuchung dieser Zellwanderung in Mausmutanten zeigt, dass die Transkriptionsfaktoren Ngn2 und Pax6, die nur von den corticalen und Grenz-Zellen exprimiert werden, notwendig sind für die Restriktion der Zellen innerhalb des Cortex. Pax6 muss auch anwesend sein, um auch die Wanderung der striatalen Zellen gering zu halten. Weiterhin wird gezeigt, dass die interzelluläre Kommunikation via Gap-Junctions an der Grenzregion zwischen Cortex und Striatum unterbrochen wird. Somit weist die cortico-striatale Grenze die gleichen Merkmale wie andere Grenzen in der Embryonalentwicklung von Vertebraten oder auch von Insekten: Eine distinkte Genexpression, die Restriktion der Zellwanderung, und die Unterbrechung der interzellulären Kommunikation.