Funktion von Lbx1 in der Entwicklung des Rhombenzephalons

Abstract

Während der Entwicklung wird das Neuralrohrs durch Signale in unterschiedliche neuronale Voräuferzelldomänen, die entlang der dorso-ventralen Achse angeordenet sind, eingeteilt. Aus den unterschiedlichen Vorläuferdomänen enstehen dann unterschiedliche Nervenzelltypen. Der Transkriptionsfaktor Lbx1 wird in postmitotsichen Neuronen der Flügelpatte im Rhombenzephalon und Rückenmark exprimiert. Anhand der Lbx1 Expression können in der Flügelplatte zwei Klassen von Neuronen unterschieden werden. Die Klasse B Neurone exprimieren Lbx1 und enstehen ventral in der Flügelplatte, während Klasse A kein Lbx1 exprimiert und dorsal ensteht. Lbx1 ist für die korrekte Differenzierung von Neuronen der Klasse B notwendig. In Lbx1-Mutanten Mäusen werden die Neurone der Klasse B mis-spezifiziert und sie nehmen die Charakeristika von Klasse A Neuronen an, d.h. sie exprimieren das Transkriptionsfaktor-Profil und differenzieren wie Neurone der Klasse A. Dies führt dazu, dass im Rhombenzephalon von Lbx1-Mutanten Tieren die Oliva inferior, Nucl. solitarius und (nor)adrenergen Kerne A1/C1 und A2/C2 vergrößert sind, dagegen fehlen die GABAerge Neurone des Nucl. solitarius und Teile des sensorischen Kerngebietes des N. trigeminus. Lbx1 kontrolliert also die Spezifizierung von Nervenzellen im Rhombencephalon, die im adulten Organismus lebensnotwenige Reflexe, z.B. die Frequenz der Atmung oder des Herzschlags, kontrollieren. In den Lbx1 mutanten Tieren werden die veränderten Neurone an falschen Orten geboren, finden aber trotzdem das korrekte Zielgebiet. Im sich entwicklenden Rhombenzephalon exisitiert also eine gewisse Plastizität, die es Neuronen erlaubt, das ihnen gemässe Ziel zu finden, selbst wenn sie am falschen Ort oder zur falschen Zeit geboren werden. Anhand der Expression von Transkriptionsfaktoren in den einzelnen Rhombomeren und den Veränderungen in der Spezifizierung von Neuronen in Lbx1 mutanten Tieren kann ich Rhombomere in Gruppen ein teilen, die sich auch in der adulten Anatomie reflektiert.

During development, various signals pattern the neural tube into different progenitor domains, arranged along the dorso-ventral axis. The different progenitor domains generate different neuron types. The transcription factor Lbx1 is expressed in post-mitotic neurons of the alar plate of the rhombencephalon (hindbrain) and the spinal cord. The expression of Lbx1 can be used to distinguish two classes of neuron in the alar plate. Class A neurons do not express Lbx1 and are generated dorsally, while class B neurons express Lbx1 and are generated in the ventral portion of the alar plate. Lbx1 is required for the correct differentiation of class B neurons. In Lbx1 mutant embryos, class B neurons are misspecified and adopt characteristics of class A neurons, i.e. they express the same profile of transcription factors and differentiate in a similar manner. In the rhomencephalon of Lbx1 mutants, the inferior olive, the nucleus solitarius and the noradrenergic nuclei (A1/C1 and A2/C2) are enlarged, while GABA-ergic neurons of the nucleus solitarius and parts of the sensory nuclei of the nervus trigeminus are missing. Lbx1 thus controls the specification of neurons in the hindbrain which are required for vital reflexes, such as the control of breathing rhythm or heart rate. In Lbx1 mutant animals, the altered neurons are born at incorrect locations, but reach their final destination correctly. Therefore, there is some plasticity in the development of the hindbrain, whereby mechanisms exist which permit neurons mechanism exist which permit neurons born at the wrong place to reach their final destination correctly. Through aanalysis of the expression of transcription factors in the individual rhombomeres and the alterations in the neuronal specification in Lbx1 mutant animals, I have been able to assign rhombomeres to specific groups, which in turn, can be directly correlated with the anatomy of adult hindbrain.