dc.contributor.advisor | Flügge, Gabriele Prof. Dr. | de |
dc.contributor.author | Araya-Callís, Carolina | de |
dc.date.accessioned | 2013-01-14T15:07:40Z | de |
dc.date.available | 2013-01-30T23:51:28Z | de |
dc.date.issued | 2012-05-22 | de |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-000D-EF5A-6 | de |
dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-1483 | |
dc.description.abstract | Es gibt Hinweise auf kausale Zusammenhänge
zwischen Veränderungen der Glia im Gehirn und Depressionen. Um zu
untersuchen ob depressionsähnliche Zustände Veränderungen in den
Astrozyten induzieren, haben wir die Modulation in der Expression
von Astroglia-spezifischen Genen im Hippocampus von männlichen
Ratten in 2 Modellen von chronischem Stress, chronischem sozialem
Stress (tägliche Konfrontation mit einem dominanten Männchen über 5
Wochen) und chronischem Restraint Stress (Immobilisation für 6
Stunden/Tag für 3 Wochen) analysiert. In den Versuchen mit sozialem
Stress wurde darüber hinaus der Einfluss von chronischer
Citalopram-Gabe auf die Genexpression im Hippocampus und im
präfrontalen Kortex (PFC) untersucht. Die Expression von 6
astroglialen Genen wurde ermittelt: N-myc-downregulated Gene 2
(Ndrg2), Saures Gliafaserprotein (GFAP), Glutamat-Transporter 1
(GLT-1), Glutamat und Aspartat-Transporter (GLAST), Aquaporin 4
(AQP4) und der einwärts-gleichrichtende Kalium-Kanal 4.1 (Kir 4.1).
Außerdem wurden Proteinanalysen im Hippocampus mit quantitativen
Western Blots durchgeführt. Da bislang noch kein valides
Referenz-Gen für den PFC in Versuchen mit chronischem sozialem
Stress bekannt ist, mussten zunächst mehrere häufig verwendeten
Referenzgene auf ihre Expressionsstabilität in dieser Gehirnregion
getestet werden. Um hemisphärische Effekte zu ermitteln, wurden die
rechte und die linke Hemisphäre getrennt untersucht. Die Ergebnisse
der astroglialen Genexpression nach chronischem Stress suggeriert
eine unterschiedliche Regulation in Abhängigkeit vom verwendeten
Stressprotokoll. Chronischer Restraint-Stress verändert die
Expression von astroglialen Genen die einen direkten Einfluss auf
die neuronale Aktivität haben: GLT-1 spielt eine wichtige Rolle in
der Glutamat-Clearance aus dem synaptischen Spalt und Kir4.1 ist
notwendig um K+-Konzentrationen im Interstitialraum niedrig zu
halten. Die Hochregulation von GLT-1 auf mRNA-Ebene und die
Runterregulation von Kir4.1 auf Proteinebene weist auf eine
veränderte Glutamat- und Kalium-Ionen-Homöostase nach chronischem
Restraint-Stress hin.
Auch chronischer sozialer Stress löst tiefgehende Veränderungen bei
Astroglia aus. GFAP wird herunterreguliert, was möglicherweise auf
die Anwesenheit von ruhenden Astrozyten hinweist. Ob dies ein
pathologischer Prozess oder ein adaptiver Mechanismus ist, der das
System vor einer überschießenden Reaktion schützt, ist noch nicht
geklärt. Chronischer sozialer Stress führt auch zu einer
Hochregulierung der NDRG2-Expression, die nicht auf Veränderungen
in der Astrozytenzahl, sondern auf eine Veränderung in der Menge
von NDRG2 die pro Zelle exprimiert wird, beruht. Dies hat
möglicherweise einen Einfluss auf die Zellproliferation.
Im Gegensatz zu vorhergehenden Ergebnissen im dorsalen Raphekern,
wurden die beobachteten Veränderungen in der Genexpression im
Hippocampus nach chronischem sozialen Stress nicht durch eine
4-wöchige Behandlung mit Citalopram aufgehoben. Jedoch hebt
Citalopram die stress-induzierten Veränderungen von 2 Genen in der
Hippocampus-Formation auf. Es handelt sich dabei um das
synaptosomal assoziiertes Protein 25 (SNAP-25) und Syntaxin-1A.
Beide Gene spielen bei der synaptischen Transmission eine Rolle.
Zusammengenommen weisen diese Ergebnisse möglicherweise darauf hin,
dass der therapeutische Effekt von Citalopram von der Gehirnregion
und der spezifischen neurochemischen Umgebung sowie den
Eigenschaften der Zielzellen abhängt. Außerdem scheint die
Normalisierung der astroglialen Genexpression keine
Grundvoraussetzung für die therapeutische Wirkung von Citalopram zu
sein. Diese Ergebnisse stimmen mit der Hypothese überein, dass eine
chronische antidepressive Behandlung die Plastizität von
Gehirnzellen stimuliert; Gliaveränderungen zeigen dabei
möglicherweise einen anderen zeitlichen Verlauf im Vergleich mit
neuronalen Veränderungen.
In Bezug auf die Quantifizierung der Genexpression im PFC ist es
nicht möglich klare Schlüsse zu ziehen, da zahlreiche mutmaßliche
Referenzgene, zumindest im linken PFC, ebenfalls durch den
chronischen Stress beeinflusst waren. Dennoch zeigte die Analyse
der Stabilität der Referenzgene, dass Cyclophilin im rechten PFC
stabil exprimiert wurde.
Des Weiteren wurden Astrozytenkulturen generiert um Einsicht in die
mögliche Rolle von NDRG-2 zu gewinnen. Da NDRG-2 zuvor mit
Zellproliferation und der Stabilisierung der Zellmorphologie in
Verbindung gebracht wurde, wurden die Astrozytenkulturen mit
AAV-Vektoren, die zwei Isoformen von NDRG2 (Ndrg2S and Ndrg2L)
exprimieren, transduziert. Als Kontrollen wurden EGFP-transduzierte
und Puffer-behandelte Kulturen verwendet. Anschließend wurden an
den Astrozyten morphologische Messungen, Proliferationsstudien und
Genexpressionsanalysen durchgeführt. Die EGFP-transduzierten
Kulturen weisen Unterschiede bezüglich der morphologischen
Parameter und der Proliferation auf, dies legt nahe, dass diese
Kulturen keine geeignete Kontrolle für die Transduktion darstellen.
Daher war es nicht möglich festzustellen, ob die Veränderungen in
der Zellproliferation, die nach NDRG2 Transduktion beobachtet
wurden, in Beziehung zur NDRG2 Expression oder mit dem
Transduktions-Protokoll per se stehen. Es wurden keine
signifikanten Veränderungen in den gemessenen morphologischen
Parametern festgestellt, die GFAP-Quantifizierung zeigte keine
signifikanten Alterationen nach NDRG2 Transduktion und es lag eine
hohe Variabilität der Ergebnisse aus verschiedenen Versuchen
vor. | de |
dc.format.mimetype | application/pdf | de |
dc.language.iso | eng | de |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ | de |
dc.title | Modulation of gene expression by chronic stress in astroglia in hippocampus and prefrontal cortex of the rat | de |
dc.type | doctoralThesis | de |
dc.title.translated | Modulation der Genexpression durch chronischen Stress in Astroglia im Hippocampus und im präfrontalen Kortex bei Ratten | de |
dc.contributor.referee | Flügge, Gabriele Prof. Dr. | de |
dc.date.examination | 2012-04-20 | de |
dc.subject.dnb | 570 Biowissenschaften, Biologie | de |
dc.subject.gok | WHF000 | de |
dc.description.abstracteng | It has been suggested that there are
causal relationships between alterations in brain glia and major
depression. In order to investigate whether a depressive-like state
induces changes in brain astrocytes, we analyzed the modulation of
astroglia-specific gene expression in the hippocampus of male rats
using two models of chronic stress: chronic social stress (5 weeks,
daily confrontations with a dominant male) and chronic restraint
stress (3 weeks, immobilization 6h/day). Furthermore, the effects
of chronic citalopram administration on hippocampal as well as
prefrontal cortex (PFC) gene expression were assessed in the
chronic social stress experiment.
The expression of six astroglial genes was determined:
N-myc-downregulated gene 2 (Ndrg2), glial fibrillary acidic protein
(GFAP), glutamate transporter 1 (GLT-1), glutamate and aspartate
transporter (GLAST), aquaporin 4 (AQP4) and the inward rectifying
potassium channel 4.1 (Kir4.1). Furthermore, protein analyses in
the hippocampus were performed by means of quantitative Western
blots. Since so far, there was no reference gene validated for the
PFC in experiments where animals were subjected to chronic social
stress, the first step was to test several commonly used reference
genes for expression stability in this part of the brain. In order
to study hemispheric effects of stress in the PFC, the left and
right hemispheres were analyzed separately.
The results of astroglial gene expression after chronic stress
suggest differential regulation depending of the experimental
stress paradigm. Chronic restraint stress altered expression of
astroglial genes which have a direct effect on neuronal activity:
GLT-1 plays an essential role in glutamate clearance from the
synaptic cleft, and Kir4.1 is fundamental in keeping low K+
concentrations in the interstitial space. The upregulation of GLT-1
at the mRNA level and the downregulation of Kir4.1 at the protein
level, suggest altered glutamate and potassium ion homeostasis
after chronic restraint stress. Also chronic social stress induced
profound changes in astroglia. It downregulated GFAP, which might
indicate the presence of resting astrocytes. Whether this
represents a pathological process or is an adaptive mechanism that
protects the system from overshooting remains to be elucidated.
Chronic social stress also upregulated NDRG2 expression which was
not due to alterations in the number of astrocytes, but to changes
in the amount of NDRG2 expressed per cell. Altered NDRG2 expression
might have an impact on cell proliferation.
The observed changes in gene expression in the hippocampus after
chronic social stress were not reversed by a 4-weeks treatment with
citalopram, in contrast to previous findings in the dorsal raphe
nucleus. However, in the hippocampal formation, citalopram reversed
the stress-induced changes in two neuronal genes involved in
synaptic transmission, the synaptosomal-associated protein 25
(SNAP-25) and syntaxin-1A. Taken together, these results might
indicate that citalopram's therapeutic effects depend on the brain
region with its specific neurochemical environment as well as
features of the target cells. Also, it appears that restoration of
normal astroglial gene expression in the hippocampus is not a
prerequisite for the therapeutic effects of citalopram. These
findings are in concordance with the hypothesis that chronic
antidepressant treatments stimulate plasticity of brain cells;
however, glial changes may show a different time course in
comparison to neuronal alterations. In regard to the quantification
of gene expression in the PFC, it is not possible to draw clear
conclusions because expression of several presumptive reference
genes was also affected by the chronic stress, at least in the left
PFC. Nonetheless, analysis of reference gene stability revealed
that cyclophilin was stably expressed in the right PFC.
Furthermore, in an attempt to gain insight into the potential role
of Ndrg2, astrocyte cultures were generated. Since NDRG2 has been
previously related to processes of cell proliferation and
stabilization of cell morphology, the astrocyte cultures were
transduced with AAV vectors expressing two isoforms of Ndrg2
(Ndrg2S and Ndrg2L). EGFP-transduced cultures as well as buffer
treated ones were used as controls. Subsequently, morphological
measurements, proliferation studies and analysis of gene expression
were performed on the astrocytes. The results suggest that the
EGFP-transduced cultures were not an appropriate control for
transduction, as these cultures showed differences compared to the
buffer control in terms of morphological parameters and
proliferation. Therefore, it was not possible to conclude if the
changes in cell proliferation observed after NDRG2 transduction
were related to NDRG2 expression or to the transduction procedure
per se. No significant changes were observed in the morphological
parameters measured, and GFAP quantification did not show
significant alterations after NDRG2 transduction while there was a
high variability in the results from the different
experiments | de |
dc.contributor.coReferee | Hülsmann, Swen Prof. Dr. | de |
dc.contributor.thirdReferee | Stadelmann-Nessler, Christine Prof. Dr. | de |
dc.subject.topic | Biology (incl. Psychology) | de |
dc.subject.ger | Depression | de |
dc.subject.ger | Glia | de |
dc.subject.ger | Astrozyt | de |
dc.subject.ger | chronischen sozialen Stress | de |
dc.subject.ger | NDRG2 | de |
dc.subject.ger | GFAP | de |
dc.subject.ger | citalopram | de |
dc.subject.ger | chronischen Restraint stress | de |
dc.subject.ger | Kir 4.1 | de |
dc.subject.ger | GLT-1 | de |
dc.subject.ger | AQP4 | de |
dc.subject.ger | Genexpression | de |
dc.subject.eng | Depression | de |
dc.subject.eng | glia | de |
dc.subject.eng | astrocyte | de |
dc.subject.eng | chronic social stress | de |
dc.subject.eng | NDRG2 | de |
dc.subject.eng | GFAP | de |
dc.subject.eng | citalopram | de |
dc.subject.eng | chronic restraint stress | de |
dc.subject.eng | Kir 4.1 | de |
dc.subject.eng | GLT-1 | de |
dc.subject.eng | AQP4 | de |
dc.subject.eng | gene expression | de |
dc.subject.bk | 42.17 | de |
dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-3518-7 | de |
dc.identifier.purl | webdoc-3518 | de |
dc.affiliation.institute | Biologische Fakultät | de |
dc.identifier.ppn | 722228236 | de |