Functions of Vti1a and Vti1b in the Development of the Mouse Nervous System: Evidence from Double Knockout Mice

Abstract

Um die Homöostase aufrecht zu erhalten und adäquate Signalkaskaden in eukaryotischen Zellen zu ermöglichen, müssen Moleküle zu ihren korrekten intrazellulären Zielen transportiert werden, ohne dabei die strukturelle Integrität zellulärer Kompartimente zu beeinträchtigen. Dazu knospen Transportvesikel von intrazellulären Donororganellen ab, bewegen sich in Richtung einer Akzeptororganelle, docken an diese an und fusionieren schließlich mit ihr. SNARE (Soluble NSF attachment protein receptor)-Proteinen wurde eine zentrale Rolle bei der Steuerung der intrazellulären Lokalisationprozesse für die Membran zugeschrieben. Die SNAREs vti1a und vti1b stimmen zu 30% in ihrer Aminosäuresequenz überein und sind eindeutig aber dabei überlappend subzellulär lokalisiert. Vti1a wurde mit endosomaler Fusion und Recycling-Prozessen nach der Endozytose in Verbindung gebracht, während Vti1b mit später endosomaler Fusion und lysosomalen Abbauprozessen im Zusammenhang steht. Vti1a- und Vti1b-defiziente Mäuse, denen also beide endosomale SNARE-Proteine fehlen, sterben intrauterin kurz vor der Geburt, während Einzelknockouts und dreiallelige Mäuse überleben und ohne Probleme ein normales Alter erreichen. Diese Knockout-Mäuse zeigen Veränderungen im zentralen (ZNS) wie auch peripheren (PNS) Nervensystem. Im ZNS weisen sie geweitete Ventrikel und bestimmte Nervenfaserbahnen fehlen, unter ihnen die vordere Kommissur, die hippocampale Kommissur und mammilothalamische, spinotrigeminale, kortikospinale und pyramidale Bahnen. Die Dicke des Corpus callosum ist stark reduziert und thalamokortikale Axone können die pallio-subpalliale Grenze nicht überwinden. Andererseits erreichen nur wenige kortikothalamische Axone den Thalamus. Insgesamt weisen die Daten auf ein Defizit der Membranreorganisation hin, welches zu einem gestörten Axonwachstum führt. Zusätzlich weisen die KO-Mäuse Veränderungen des kortikalen Schichtungsmusters auf. Neurone der Schicht 5 fehlen ganz und Schicht 6 ist erweitert. Dies könnte an einer veränderten Zell Produktion der Ventrikularzone während der Entwicklung der kortikalen Schichten liegen. Die veränderte Produktivität könnte auf Störungen der Zellpolarität, dem Ausfall früher Schritte der abstammungsspezifischen Differenzierung aus neuralen Vorläufern oder beliebigen Veränderungen von Signalmolekülen, die solche Konsequenzen hervorrufen können, beruhen. Andererseits entwickeln die KO-Mäuse unterschiedlichste Ausprägungen einer Neurodegeneration verschiedener Typen von Ganglien im PNS. Trigeminale (TG), spinale (DRG) und nodosal-petrosale Ganglien weisen eine schwere Neurodegeneration (bis zu 98%) auf, während vestibuläre und cochleäre Ganglien nur 15-25% Degeneration zeigen. Diese Neurodegeneration könnte durch mangelnde Absicherung des retrograden Transports während der Entwicklung dieser Ganglien oder durch fehlende Bereitstellung einer effizienten Plasmamembran entstehen, die während der Ausbildung des axonalen Wachstumkegels benötigt wird. Das unterschiedliche Ausmaβ der Neurodegeneration in diesen Ganglien könnte durch die Distanz zwischen den Ganglien und ihren Zielgebieten erklärt werden. Im Vergleich zu TG und DRG besitzen vestibuläre und cochleäre Ganglien nahe gelegene Zielgebiete und könnten deshalb überleben. Der Gesamtphänotyp impliziert, dass vti1a- und vti1b-bezogene endosomale Funktionen kritisch für die Entwicklung des zentralen wie auch des peripheren Nervensystems sind.