dc.contributor.advisor | Flügge, Gabriele Prof. Dr. | de |
dc.contributor.author | Cooper, Benjamin | de |
dc.date.accessioned | 2013-01-22T15:42:23Z | de |
dc.date.available | 2013-01-30T23:51:28Z | de |
dc.date.issued | 2008-05-29 | de |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-000D-F13E-A | de |
dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-3428 | |
dc.description.abstract | Glykoprotein M6a ist ein in Neuronen
exprimiertes Transmembranprotein und gehört zu der Familie der
Myelin Proteolipidproteine (PLP-Familie). In vitro Studien haben
M6a als einen Schlüsselmodulator des Neuritenauswuchses und der
Dornfortsatz-Bildung identifiziert, jedoch ist die genaue
subzelluläre Verteilung von M6a innerhalb von Neuronen nicht
bekannt. Die Expression von M6a wird im Hippocampus von Tieren
unter psychosozialem Stress induziert aber eine stress-induzierte
Regulation in weiteren Bereichen des Gehirns ist nicht untersucht.
Es ist allgemein anerkannt, dass Stress zu anormaler neuronaler
Plastizität führen kann, was auch zur Bildung der Hypothese
beitrug, dass stress-induzierte, morphologische Veränderungen des
Hippocampus und des präfrontalen-Cortex zur Entwicklung von
stress-ähnlichen neurologischen Erkrankungen wie z.B. Depression,
beitragen könnten. Das Ziel der vorliegenden Studie war daher, die
regionale Expression des Membranglykoproteins M6a im Gehirn zu
charakterisieren und den Effekt von Stress auf die Expression von
M6a im präfrontalen Cortex, von in ihrer Bewegung eingeschränkten
(chronically restrained) und somit unter Stress gesetzten Ratten zu
analysieren.
Eine Kombination von in situ Hybridisierung und Immunocytochemie
erlaubte die Charakterisierung der Expression von M6a im
Hippocampus, Kleinhirn und im präfrontalen Cortex von „chronically
restrained“ Ratten. Die in-situ Hybridisierung bestätigt, dass M6a
sehr stark in den Pyramidalzellen und den Körnerzellen des
Hippocampus, den Pyramidalzellen des Cortex und den Granularzellen
des Kleinhirns exprimiert wird. Neuronen mit
Interneuron-Morphologie zeigen keine Expression von M6a. Weiterhin
deuten Ergebnisse der konfokale Lasermikroskopie darauf hin, dass
das Glykoprotein M6a zu den präsynaptischen Endknöpfchen
glutamaterger Neuronen transportiert wird, aufgrund einer
Kolokalisierung der M6a Immunreaktivität mit Synaptophysin und
vesikulärem Glutamat Transporter 1 (VGLUT1). Eine Kolokalisierung
von M6a Immunoreaktivität mit MAP2 oder Expression in den Somata
von Neuronen konnte nicht detektiert werden, was zeigt, dass M6a
nicht in Dendriten lokalisiert ist. Im Hippocampus zeigte M6a eine
punktartige Immunfärbung an verschiedenen Stellen der terminalen
Bereiche von Granularzelle Mossfaser Axonen, welche durch
Immunfärbung gegen das cytoplasmatische Calcium bindende Protein
Calbindin verdeutlicht wurden. Analyse der Mossfaser Synapse, die
die Granularzelle mit den Dendriten der CA3-Pyramidenzellen im
hippocampalen stratum lucidum verbindet, zeigte, dass M6a vor allem
mit der Plasmamembran der Axone und der Endknöpfchen, nicht aber
mit den synaptischen Vesikeln assoziert ist. M6a und der vesikuläre
GABA Transporter (VIAAT) wiesen eine überwiegend komplementäre
Verteilung auf, was darauf hindeutet, dass M6a nicht in
inhibitorischen Neuronen exprimiert wird und die Kolokalisierung
nur beobachtet werden kann, wenn GABAerge Synapsen direkt neben
glutamatergen Axonen zu liegen kommen.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Effekt von chronisch
induzierten Stress in Ratten auf die M6a-Expression untersucht.
Dabei wurden die Ratten 21 Tage chronisch in ihrer Bewegung
eingeschränkt (chronic restraint). Es wurden Stress- Experimente
durchgeführt, um die Expression von M6a mit i) Quantitativer
Real-time PCR (RT-PCR) und ii) quantitativer in-situ Hybridisierung
zu untersuchen. Die RT-PCR Ergebnisse zeigen, dass M6a in chronisch
gestressten Ratten in verschiedenen Gehirnregionen unterschiedlich
reguliert wird. Im Hippocampus dieser Ratten wird M6a signifikant
herunter-, im präfrontalen Cortex dagegen nicht signifikant
heraufreguliert. Im Cerebellum konne kein Effekt festgestellt
werden. Der präfrontale Cortex besteht aus verschiedenen
anatomischen und funktionalen Arealen, von denen nur einige auf
Stress reagieren. Für RT-PCR-Versuche wurden Proben verwendet, die
verschiedene Subregionen des präfrontalen Cortex enthielten,
weshalb regionale Veränderungen der M6a Expression nicht
festgestellt werden konnten. Aufgrund dieses Nachteils wurde eine
quantitative in-situ Hybridisierung durchgeführt, um die
stress-induzierten Veränderungen der M6a Expression in spezifischen
neuronalen Zellpopulationen zu untersuchen. Dabei konnte gezeigt
werden, dass M6a in den pyramidalen Neuronen der Schicht II/III im
infralimischen und prälimbischen Cortex, jedoch nicht im anterioren
Cortex signifikant heraufreguliert ist.
Zusammenfassend zeigen die vorliegenden Ergebnisse, dass das
Glykoprotein M6a in den exzitatorischen Pyramidalzellen und
Granularzelle exprimiert ist und dort in spezifischen Regionen der
axonalen Plasmamembran lokalisiert ist. Es konnte nachgewiesen
werden, dass die stress-abhängige M6a Expression regional reguliert
ist. Die regionalen Veränderungen der M6a Expression korrelieren
mit den Regionen, die auch durch chronischen Stress induzierte
Veränderungen in der neuronalen Morphologie zeigen. Die
stress-induzierte Veränderung der M6a Expression könnte die
strukturelle Integrität der Präsynapse beeinflussen und die
neuroplastischen Mechanismen beeinträchtigen, die zum Schutz vor
schädlichem Stress dienen. | de |
dc.format.mimetype | application/pdf | de |
dc.language.iso | ger | de |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ | de |
dc.title | Membranglykoprotein M6a: Expression und Regulation im Gehirn unter Stress | de |
dc.type | doctoralThesis | de |
dc.title.translated | Membrane glycoprotein M6a: Expression and regulation by stress in the brain. | de |
dc.contributor.referee | Nave, Klaus-Armin Prof. Dr. | de |
dc.date.examination | 2007-04-24 | de |
dc.subject.dnb | 570 Biowissenschaften, Biologie | de |
dc.subject.gok | WA 000 Biologie | de |
dc.subject.gok | Allgemeines | de |
dc.subject.gok | WA 310 Mikroskopie | de |
dc.description.abstracteng | Glycoprotein M6a is a neuronally expressed
transmembrane protein belonging to the myelin proteolipid protein
(PLP) family. In vitro studies have identified M6a as a key
modulator of neurite outgrowth and spine formation, however, the
precise location of M6a within neurons in the adult brain remains
obscure. M6a was previously identified as a stress-responsive gene
in the hippocampus of psychosocially stressed animals, but it is
not known whether stress also regulates M6a expression in other
brain regions. It is generally accepted that stress induces
aberrant neuronal plasticity and it has been hypothesised that
stress-induced morphological changes in the hippocampal formation
and prefrontal cortex may contribute to the development of
stress-related neuropathologies such as depression. Therefore, the
aim of the present thesis was to characterise the regional neuronal
expression of membrane glycoprotein M6a in the brain and to
investigate the effects of stress on M6a expression within the
prefrontal cortex of chronically restrained rats.
A combination of in situ hybridization and immunocytochemistry was
performed to characterize the expression of M6a within the
hippocampal formation, prefrontal cortex and cerebellum. In situ
hybridization confirmed that M6a is abundantly expressed in
pyramidal and granule neurons in the hippocampal formation, in
cortical pyramidal and in cerebellar granule neurons. Neurons
bearing the morphological characteristics of inhibitory
interneurons do not express M6a. Confocal laser microscopy
demonstrated that M6a immunoreactivity colocalizes with
synaptophysin and the vesicular glutamate transporter (VGLUT1)
indicating that the glycoprotein is targeted to the terminals of
glutamatergic axons. M6a immunoreactivity was not detected within
neuronal somata and did not colocalise with MAP-2 in any brain
region investigated, demonstrating that M6a is not expressed in
dendrites. In the hippocampus M6a immunoreactivity was visualised
as focal puncta localised to distinct sites within the terminal
regions of granule cell mossy fibre axons that were visualised by
immunoreactivity for the cytoplasmic calcium-binding protein
calbindin. Analysis of giant mossy fibre terminals, which contact
dendrites of CA3 pyramidal neurons in the hippocampal stratum
lucidum, revealed that M6a immunoreactivity was associated
primarily with the membrane of axon fibres and their terminals, but
not with synaptic vesicles. M6a and the vesicular GABA transporter
(VGAT) exhibited largely contrasting patterns of immunoreactivity
and colocalization was observed only rarely, indicating that M6a is
not expressed in inhibitory neurons but that colocalisation might
be observed when GABAergic terminals are situated in close
proximity to glutamatergic axons.
The second part of the thesis investigated the effects of stress on
M6a expression in the brains of rats exposed to 21 days chronic
restraint stress. Stress experiments were performed to investigate
the effects of chronic restraint on M6a expression using: i)
quantitative real-time RT-PCR and ii) quantitative in situ
hybridization. RTPCR analysis revealed that M6a is regulated in a
region-specific manner in the brains of chronically restrained
rats. M6a was significantly downregulated in the hippocampus,
whereas the prefrontal cortex demonstrated a non-significant
increase in expression. No effect of stress was observed in the
cerebellum. Since the prefrontal cortex comprises several
anatomically and functionally distinct areas, of which only some
may be responsive to stress, regional changes in M6a expression may
be masked in RT-PCR analyses performed on prefrontal samples
containing multiple subregions. Therefore, quantitative in situ
hybridization was performed to provide a means of localising
potential stress-induced changes in M6a expression to specific
neuronal populations. M6a was found to be significantly upregulated
in layer II/III pyramidal neurons in the infralimbic and prelimbic,
but not in the anterior cingulate cortex.
In conclusion, the present data show that M6a is expressed in
pyramidal and granule cells and that the glycoprotein is targeted
to distinct sites within the axonal plasma membrane of these
excitatory neurons. Stress was found to regulate M6a expression in
a region-specific manner. Moreover, changes in M6a expression
correlate with brain regions exhibiting maladaptive alterations in
neuronal morphology in response to chronic stress. Stress-induced
changes in M6a expression may influence the structural integrity of
presynaptic terminals and impair the induction of neuroplastic
mechanisms designed to protect against the deleterious effects of
chronic stress. | de |
dc.subject.topic | Molecular Biology & Neurosciences Program | de |
dc.subject.ger | Glycoprotein M6a | de |
dc.subject.ger | Stress | de |
dc.subject.ger | Axon | de |
dc.subject.ger | Mossy fiber pathway | de |
dc.subject.ger | membrane protein | de |
dc.subject.eng | Glykoprotein M6a | de |
dc.subject.eng | Stress | de |
dc.subject.eng | Axon | de |
dc.subject.eng | MossyFaser | de |
dc.subject.bk | 42.15 Zellbiologie | de |
dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-1751-0 | de |
dc.identifier.purl | webdoc-1751 | de |
dc.identifier.ppn | 596075995 | de |