Funktionelle Analyse des Transkriptionsfaktors Uncx4.1 im murinen Mittelhirn

Abstract

Die Entwicklung des Gehirns ist ein komplexer Vorgang, der genau regulierten Prozessen unterliegt. Die wohl bekannteste Krankheit, die mit dem Mittelhirn assoziiert ist, ist Morbus Parkinson. In den letzten Jahren wurden daher viele neue Transkriptionsfaktoren identifiziert und beschrieben, die an der Entwicklung des Mittelhirns beteiligt sind. Uncx4.1 ist ein Transkriptionsfaktor der unter anderem in den Somiten, der Nierenanlage und dem zentralen Nervensystem (ZNS) von Mausembryonen exprimiert ist. Trotz der frühen Expression von Uncx4.1 im Mesencephalon an Embryonaltag 9.5 (E 9.5), wurde bisher keine funktionale Studie in diesem Gehirnareal vorgenommen. Bislang wurde seine Funktion nur in den Somiten, in Teilen des Vorderhirns und im Bulbus olfactorius analysiert. Die vorliegende Arbeit beinhaltet die ersten Untersuchungen zur Funktion des Transkriptionsfaktors Uncx4.1 im Mittelhirn der Maus. Die Ergebnisse zeigen, dass Uncx4.1 im Mittelhirn nahezu ausschließlich in postmitotischen Neuronen exprimiert ist und dass seine Expression nicht auf ein spezifisches neuronales Schicksal begrenzt ist. So konnte Uncx4.1 in dopaminergen, GABAergen und glutamatergen Neuronen des Mittelhirns detektiert werden. Die Expression von Uncx4.1 in der Überganszone der mitotischen und postmitotischen Neuronen deutet darauf hin, dass Uncx4.1 eine Rolle während der neuronalen Differenzierung spielt. Daneben konnte Uncx4.1 in dieser Arbeit als neuer Faktor des regulatorischen Netzwerkes zur Bildung dopaminerger Neuronen im ventralen Mittelhirn identifiziert werden. So zeigen Uncx4.1-Knockout Embryonen eine reduzierte Anzahl dopaminerger Neuronen im ventralen tegmentalen Areal (VTA) und der Substantia nigra (SN). Die vollständige Co-Detektion von Tyrosinhydroxylase (TH) und Uncx4.1 im embryonalen Mittelhirn an E11.5 lässt vermuten, dass Uncx4.1 eine Rolle während der Differenzierung der dopaminergen Neuronen des Mittelhirns zukommt. Dabei übt Uncx4.1 seinen Einfluss möglicherweise über das proneurale Gen Ngn2 aus. Neben den dopaminergen Neuronen wurden auch die GABAergen und glutamatergen Neuronenpopulationen im Mittelhirn von Uncx4.1-Knockout Embryonen untersucht. Während Uncx4.1 scheinbar keinen Einfluss auf die GABAergen Neuronenpopulationen ausübt, scheint Uncx4.1 ebenfalls an der Differenzierung spezifischer, glutamaterger Neuronen beteiligt zu sein, denn Uncx4.1-defiziente Embryonen weisen eine erhöhte Anzahl an glutamatergen Pax6-positiven Zellen ab E 13.5 auf. Neben der Funktion von Uncx4.1 während der Differenzierung neuronaler Subgruppen konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass Uncx4.1 an der Entwicklung der Axone der Colliculi superiores beteiligt ist. So sind die Axone dieser Region bei einem Funktionsverlust von Uncx4.1 verkürzt und es sind weniger laterale Auswüchse detektierbar. Neben den morphologischen Unterschieden konnten auch Unterschiede in der Expression verschiedener Marker nachgewiesen werden. Es wäre möglich, dass der axonale Phänotyp nur eine Konsequenz des Verlustes der Ngn2-mRNA in diesem Bereich ist. Zusammenfassend konnte die vorliegende Arbeit Uncx4.1 als neuen Faktor während der Differenzierung von mDA Neuronen identifizieren. Zudem deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Uncx4.1 eine generelle Funktion während der neuronalen Differenzierung zukommt. Über welche molekularen Signalwege Uncx4.1 im Einzelnen agiert bleibt jedoch eine interessante Frage für weiterführende Studien.