Investigation of Sip1 gene interactions in the development of the mammalian telencephalon

Abstract

Es wurde gezeigt, dass der Transkriptionsrepressor Sip1, bzw. Smad- interacting Protein 1, eine Schlüsselrolle in der frühen neurologischen Entwicklung spielt. Das Mowat- Wilson Syndrom des Menschen ist mit Mutationen von Sip1 assoziiert. In dem sich entwickelnden zerebralen Kortex der Maus ist die größte Expression in der kortikalen Platte und eine schwache Expression in den Proliferationszonen vorhanden. Wir fanden heraus, dass eine stadiums- und gewebsspezifische Ablation von Sip1 zu mehreren Defekten in der Entwicklung des Neokortex führt. Entfernt man Sip1 aus kortikalen Vorläufern oder ausschließlich in postmitotischen Neuronen der kortikalen Platte, führte dies zu einer Reduktion in der Größe der deep layer Neuronenpopulation und zu einer verfrühten Generation der kortikalen Schichten 2-5. Weitere Untersuchungen zeigten, dass zwar der Beginn der Neurogenese nicht betroffen, aber dass der Prozess in Sip1 Mutanten frühzeitig beendet ist. Weiterhin konnte ein vermehrte Produktion von Astrozyten, was auf eine höhere und ektopische Proliferation von Vorläufern der Astrozyten bei E17.5 zurückzuführen ist, und eine vorzeitige Spezifikation von Glia- Vorläuferzellen bei E16.5 festgestellt werden. Des Weiteren wird die erhöhte Proliferation im cingulären Cortex bis zu den frühen postnatalen Stadien im Mutanten gefunden. Unsere Daten weisen darauf hin, dass dies sowohl in frühen als auch in späten Stadien der Entwicklung durch einen nicht Zell- autonomen Effekt von Sip1 auf die Festlegung von Neuronen zu deep layer Neuronen oder upper layer Neuronen und auch auf der Spezialisierung von Vorläufern zu Astrozyten oder Neuronen beruht. Ein Vergleich der Genexpressionsprofile zwischen WT und Sip1 konditionellen Knockouts führte zu Neurotrophin-3 (NT3) und Fgf9 als nachgeschaltete Ziele von Sip1 im Kortex. Während der frühen Kortikogenese führte eine Ablation von Sip1 zu einer Wechselwirkung von NT3 und anderen, bis jetzt unbekannten, Faktor(en) zu einem verfrühten Wechsel in der Ausprägung der kortikalen neuronalen Vorl äuferzellen. Es ist jedoch interessant, dass eine Behandlung von Schnitten des Kortex mit Fgf9 in vitro zu einer verstärkten Produktion von Olig2 expremierenden Glia- Vorläuferzellen in der Germinalzone führt. Dies ist derselbe Effekt, der auch phenotypisch in dem Sip1 defizitären Neokortex gefunden wird. Unsere Daten weisen darauf hin, dass ein Fehlen von Sip1 in der kortikalen Platte eine über Fgf9 vermittelte Signalkaskade zurück in die Germinalzone auslöst, möglicherweise über eine Interaktion mit Fgfr2/3 welche auf die radiären Gliaprozesse wirkt und sich somit auf die Entwicklung der Spezifikation der Astrozyten auswirkt. Zusammenfassend zeigt unsere Arbeit erstmalig, dass es einen Hinweis auf ein Feedback Signal von den Neuronen an die Vorläuferzellen im Neokortex gibt um der Ausprägung von unspezialisierten Vorläufern zu regulieren und die Produktion der entsprechenden Anzahl von differenzierten Neuronen und Gliazellen sicher zu stellen. Darüber hinaus habend wir Sip1 als einen Schlüsselmediator auf diesen Mechanismus durch negative Regulation der Expression von bestimmten Signalmolekülen ausgemacht.