Funktionen und Interaktionen von Homöodomänenproteinen während der Entwicklung des Rückenmarks

Abstract

Das dorsale Rückenmark besteht aus verschiedenen Populationen von Interneuronen, die sensorische Informationen aus der Peripherie verarbeiten und weiterleiten. Diese dorsalen Interneurone entstehen in zwei zeitlich versetzten Phasen. Sechs Populationen von "frühen" dorsalen Interneuronen (dI1-dI6) entstehen während der ersten Phase, wohingegen zwei unterschiedliche Populationen von "späten" Interneuronen (dILA/B) während der zweiten Phase der Neurogenese gebildet werden. Diese Arbeit untersucht die Rolle zweier Homöodomänenproteine, (Gsh1 und Gsh2, bei der Spezifizierung von Interneuronen in der dorsalen Hälfte des Rückenmarks. Gsh1 und Gsh2 werden in drei verschiedenen Vorläuferdomänen von frühen (dI3-5) Interneuronen, als auch in der Vorläuferdomäne der zwei späten dorsalen Interneuronen exprimiert. Während der ersten Phase der Neurogenese sind Gsh1 und Gsh2 notwendig für die Entwicklung der erregenden dI3 und dI5 Neurone. Sie erhalten hierbei die Expression des bHLH (basic Helix-Loop-Helix) Proteins Mash1, ein essentieller Faktor für ein erregendes dI3 und dI5 Zellschicksal, aufrecht, indem sie den bHLH Transkriptionsfaktor Ngn1 hemmen. Die Expression dieses Proteins grenzt im Wildtyp sowohl dorsal als auch ventral an die Gsh1/2+ Domäne an. Ngn1 expandiert im Rückenmark von Gsh1/2 Doppel-Mutanten, was zu einer starken Reduktion von Mash1 führt. Diese Reduktion wiederum resultiert im Fehlen der dI3 und dI5 Populationen von dorsalen Interneuronen. Gsh1 und Gsh2 sind außerdem notwendig für die Spezifizierung der erregenden dILB Neurone, denn diese Population der späten Interneurone fehlt im Rückenmark von Gsh1/2-defizienten Mausembryonen. Interessanterweise wechselt Mash1 seine Funktion während der zweiten Phase der Neurogenese im dorsalen Rückenmark. Während dieser Phase arbeitet Mash1 gegen Gsh1/2 und ist nun notwendig für die Spezifizierung inhibierender dILA Neurone indem es die Expression von Ptf1a in den Vorläufern der dILA Neurone induziert. Dieser bHLH Transkriptionsfaktor hemmt die Funktion von Gsh1/2 und begünstigt dadurch die Entwicklung von inhibierenden dILA Neuronen aus Gsh1/2 positiven Vorläufern. Zusammenfassend identifiziert diese Arbeit die Homöodomänenproteine Gsh1/2 und den bHLH Transkriptionsfaktor Mash1 als Hauptfaktoren bei der Etablierung eines erregenden, bzw. inhibierenden Zellschicksals während der Entwicklung des dorsalen Rückenmarks.