Untersuchungen der Funktion des Kleinhirns mit Hilfe von Mausmutanten

Abstract

Untersuchungen der Funktion des Kleinhirns mit Hilfe von Mausmutanten- NDRF regulier die Differenzierung und Axonentwicklung zerebellärer Korbzellen -Der zerebelläre Kortex besteht aus drei Hauptzelltypen, GABA-ergen Purkinje-Zellen (PZ), glutamatergen Körnerzellen (KZ) und verschiedenen Subtypen von zumeist GABA-ergen Interneuronen (IN), zu denen die Korb und Sternzellen der Molekularschicht sowie die Interneurone der Körnerzellschicht (KS-IN) gehören. Eine zentrale Aufgabe bei der Erforschung neuronaler Entwicklung ist die Identifizierung von Mechanismen, die die Spezifikation, Migration und terminale Differenzierung verschiedener Neuronentypen koordinieren. Die große Zahl geeigneter, natürlich vorkommender Mausmutanten sowie die Vielzahl bekannter, spezifischer Marker hat zu einem breiten Verständnis der Entwicklung zerebellärer KZ und PZ geführt. Neben weiteren, sind basiche Helix-loop-Helix-Transkriptionsfaktoren (bHLH-TF), wie MATH1 und NeuroD für die Generation und das Überleben von KZ von essenzieller Bedeutung, ohne dabei die Entwicklung von PZ oder IN zu beeinflussen. Die Entwicklung und Funktion GABA-erger zerebellärer IN ist bisher wesentlich weniger erforscht. Die wenigen, bisher bekannten Mausmutanten mit Entwicklungsdefekten in zerebellären IN führten hauptsächlich zur Identifikation von Transkriptionsfaktoren (MASH1, PTF1a, NGN2), die eher für die Determinierung eines GABA-ergen Zellschicksals und während der Migration von IN eine Rolle spielen, als für spätere, spezifische Differenzierungsstadien. Der bHLH-TF NDRF wird in postmitotischen Körner-, Stern- und Korbzellen exprimiert. Zur Analyse seiner Funktion für die Entwicklung des Zerebellums wurde NDRF mittels homologer Rekombination in embryonischen Stammzellen inaktiviert. Durch den Tod einiger KZ-Progenitoren, war die Dicke der zerebellären Körnerzellschicht in NDRF-Nullmutanten leicht reduziert. Trotzdem verlief die Entwicklung und Integration der KZ, die den Übergang vom späten Progenitorenstadium zur differenzierten KZ überlebten, in Abwesenheit von NDRF normal, was vermutlich mit einer kompensatorischen Funktion von NeuroD zu begründen ist. Im Gegensatz dazu waren die inhibitorischen IN der zerebellären Molekularschicht schwer und konstant betroffen. Ihre Anzahl war auf 31,4 % verglichen mit Kontrollen reduziert und die Expression interneuronaler Marker war verzögert (GAD1), bzw. fehlte nahezu komplett (Parvalbumin). Begleitet wurden diese Expressionsdefizite durch stark verlängerte Expression des frühen, unreifen Differenzierungsmarkers PAX2. Die dendritische Morphologie von Korb- und Sternzellen war während aller Entwicklungsphasen normal. Bezüglich der Axo- und Synaptogenese gab es aber große Unterschiede zwischen Korb- und Sternzellen. Während die Verteilung funktionaler, GAD2-positiver Sternzellsynapsen auf Purkinje-Zellen in Mutanten an P 25 normal war, waren Korbzellaxone deformiert und desorientiert und Pinceau-Synapsen fehlten gänzlich. An P 75 lagen die Korbzellaxone immer noch deformiert in der Molekularschicht vor, ohne funktionale Synapsen mit PZ zu bilden. Fehlende Inhibition von PZ durch Korbzellen in NDRF-Nullmutanten war von starken Defiziten im motorischen Lernen begleitet, ohne die grundlegenden motorischen Fähigkeiten der Tiere zu beeinflussen. Zusammengefasst implizieren diese Resultate eine wichtige Rolle für NDRF in der terminalen Differenzierung zerebellärer Molekularschicht-IN, vor allem aber für Korbzellen, da hier der NDRF-Verlust zu schweren Defiziten in der Axo- und Synaptogenese führte.