Functional analysis of transcription factor mScrt2 in cortical neurogenesis

Abstract

Der Neokortex ist eine für das Säugerhirn spezifische Struktur, die schichtartig das Vorderhirn umschließt. Er zeichnet sich durch eine enorme Zellvielfalt aus, die aus der räumlich-zeitlich koordinierten Generierung mehrerer neuronaler und glialer Zelltypen hervorgeht. Die Mehrheit aller Zelltypen, die während der Kortikogenese gebildet werden, entsteht durch die Zellteilung von pluripotenten Radial-Glia Vorläufern (RGPs) in der Ventrikularzone. RGPs sind außerdem der Ursprung einer zweiten neurogenen Zellpopulation, den intermediären Vorläuferzellen (IPs). IPs spielen eine Rolle bei der Amplifikation von diversen neuronalen Schicksalen, die während einer bestimmten Entwicklungsphase gebildet werden. Insbesondere beeinflussen sie die Bildung und die Erweiterung von Neuronen der äußeren Kortexschichten welche ein evolutionäres Kennzeichen höherer Säugetiere darstellen. Um spezifische Zelltypen in adäquater Zahl zu bilden, bedarf es einer präzisen Kontrolle der Zellteilung von kortikalen Vorläuferzellen, wobei deren Zellvermehrung und die neuronale Zelldifferenzierung im Gleichgewicht gehalten werden muss. Die vorliegende Arbeit beschreibt die erste funktionale in-vivo Studie des säugerspezifischen Proteins Scratch2 (mScrt2), ein neu identifiziertes Mitglied der C2H2 Zinkfinger Transkriptionsfaktoren. Die erlangten Erkenntnisse lassen sich folgendermaßen zusammenfassen: 1.Die Expression von mScrt2 beschränkt sich auf das zentrale Nervensystem und findet sich an Übergangszonen von sich teilenden und post-mitotischen Zellen. Die Expression ist auf embryonale und postnatale neurogene Regionen des Gehirns konzentriert, was auf eine Rolle von Scrt2 bei der neuronalen Differenzierung hindeutet. Zusätzlich gibt es Anzeichen für die Existenz von funktional unterschiedlichen mScrt2-Transkripten. 2.Die konditionale Aktivierung der mScrt2 Expression im sich entwickelnden Neokortex transgener Mäuse zeigte eine erhöhte neuronale Differenzierung während der frühen Neurogenese sowie eine Reduktion der kortikalen Schichtdicke im postnatalen Gehirn. Der zugrunde liegende Mechanismus konnte teilweise durch die Analyse der Zellteilungsmodi von kortikalen Vorläuferzellen bestimmt werden. Sie tendierten zu neurogenen Teilungen auf Kosten von IP- generierenden und IP- vermehrenden Teilungen. Dadurch kommt es zu einem verfrühten Schwund der kortikalen Vorläufer und folglich zu einer reduzierten Anzahl von Neuronen. 3.Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass mScrt2 eine Rolle bei der Regulation der radialen Migration von Neuronen durch den Kortex spielt, indem es den multipolaren Migrations-Modus fördert, von dem angenommen wird, dass er das Verweilen einer Subpopulation der spät gebildeten Neurone in der Subventrikulatzone /Intermediärzone vermittelt. 4.Ektopische Expression von mScrt2 in Xenopus leavis Embryonen deutet auf eine räumlich-zeitlich Beeinflussung der primären Neurogenese hin und lässt eine zwischen Maus und Frosch konservierte Funktion bei der ZNS- Entwicklung vermuten. Somit scheint mScrt2 die Migration kortikaler Neurone zu beeinflussen und die neuronale Differenzierung durch die Förderung neurogener RGP- und IP- Zellteilungen zu modulieren. Weiterhin lassen die Ergebnisse vermuten, dass mScrt2 wahrscheinlich mit pro-neuralen bHLH Transkriptionsfaktoren interferiert und bei der kortikalen Neurogenese in einer evolutionär konservierten, Pax6-abhängigen genetischen Kaskade wirkt.