Phänotypische und molekulare Analyse einer Maus mit Insertionsmutation und axonaler Reorganisation im Hippocampus
Phenotypic and molecular analysis of a mouse insertional mutation with axonal reorganization in hippocampal brain
von Detlef Böhm
Datum der mündl. Prüfung:2001-05-02
Erschienen:2002-04-23
Betreuer:Prof. Dr. Peter Burfeind
Gutachter:Prof. Dr. Wolfgang Engel
Gutachter:Prof. Dr. Ulrich Grossbach
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http://dx.doi.org/10.53846/goediss-97
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Zusammenfassung
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We generated a new epileptic mouse model showing massive late-onset aberrant mossy fiber sprouting in the adult hippocampus. The mutation of this mouse model derives from an intronic insertion of trangene DNA (TC) in the mouse phospholipase C-ß1 gene (PLC-ß1TC-/- -mutation) leading to a fully penetrant splice mutation and a complete loss of downstream PLC-ß1-expression. In detail, PLC-ß1TC-/- -mice exhibit a late-onset epileptiform hyperexcitability, behavioural modifications in a radial maze and an open field, juvenile retarded growth, enhanced postnatal mortality, a female nurturing defect and male infertility. Furthermore, PLC-ß1TC-/- -mutants develop a loss of NMDA-receptors in the stratum oriens of region CA1, apoptotic neuronal death, aberrant mossy- and calretinin- fiber sprouting and a reduced hippocampal PKC activity. Our studies provide evidence, that the arising of the behavioural phenotype in PLC-ß1TC-/--mice correlates in time with the development of the aberrant mossy fiber projections, indicating a functional role of axonal growth and reactive synaptogenesis in epileptogenesis. Kim and coworcers (1997) already reported coupling of PLC-ß1-mediated signal transduction to the muscarinic acetylcholine receptor pathway in both the cerebral cortex and hippocampus of a homologous recombinant PLC-ß1-/- -mouse model, but the adult sprouting-phenotype of PLC-ß1TC-/- -mice is now reported the first time. It is postulated, that the disruption of the PLC-ß1-mediated signal transduction pathway may lead to a functional cholinergic denervation of the hippocampus, which causes axonal remodelling in the adult hippocampus and leads in consequence to the observed epileptiform hyperexcitability.
Keywords: hippocampus; mossy fiber sprouting; TIMM; insertional mutation; PLC-ß1; phospholipase C beta 1; PKC; NMDA; radial maze; open field
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In dieser Arbeit wurde ein neues epileptisches Maus-Modell generiert und analysiert, das im adulten Hippocampus ab einem Alter von 6 Monaten massives aberrantes Moosfaser-Wachstum zeigt. Die Mutation dieses Maus-Modells besteht aus einer intronischen Insertion transgener DNA (TC) in das Phospholipase C-beta 1 -Gen der Maus (PLC-ß1TC-/- -Mutation), die zu einer vollständig penetranten Spleiß-Mutation und zu einem kompletten Verlust von PLC-ß1-Expression führt. PLC-ß1TC-/- -Mäuse zeigen ab einem Alter von 6 Monaten eine auffällige epileptiforme Hyperexzitabilität, Verhaltensauffälligkeiten im Radial-Labyrinth- und im "Offenen Feld" -Experiment, eine männliche Infertilität und eine Störung des weiblichen Brutpflegeverhaltens, sowie juvenil eine Wachstumsretardierung und eine erhöhte postnatale Mortalität. Morphologisch entwickeln PLC-ß1TC-/- -Mutanten einen spezifischen Verlust funktioneller NMDA-Rezeptoren im Stratum oriens der hippocampalen Region CA1, zeigen aberrantes Moos- und Calretinin- Faser-Wachstum, neuronalen Zelltod (Apoptose), und eine Reduktion hippocampaler PKC-Aktivität. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass die Ausprägung des phänotypischen Verhaltens in adulten PLC-ß1TC-/--Mäusen zeitlich mit der Entwicklung der aberranten Moosfaser-Projektionen korreliert, und dass axonales Wachstum und reaktive Synaptogenese eine funktionale Rolle bei der Epileptogenese spielen. Kim und Mitarbeiter (1997) konnten durch die Analyse Ihres homolog rekombinierten PLC-ß1-/- -Maus Modells zwar bereits zeigen, dass PLC-ß1 im murinen Hippocampus und im cerebralen Cortex die Transduktion cholinerger Signale über die Zytoplasmamembran vermittelt, aber der adulte Phänotyp der PLC-ß1TC-/- -Mäuse wurde bisher noch nicht beschrieben. In der vorliegenden Arbeit wird postuliert, dass die Zerstörung der PLC-ß1-vermittelten Signal-Transduktion zu einer funktionalen cholinergen Denervierung des murinen Hippocampus führt, und so die axonale Remodellierung des adulten Hippocampus und die epileptiforme Hyperexzitabilität induziert.
Schlagwörter: Hippocampus; Moosfaser-Sprouting; TIMM; Insertionsmutante; PLC-ß1; Phospholipase C beta 1; PKC; NMDA; Radial Labyrinth; Offenes Feld