Expression von Glukokortikoid- und Mineralokortikoidrezeptoren auf neuronalen Vorläuferzellen im murinen Gyrus dentatus

Abstract

In der hier vorgelegten Arbeit wurde die Expression von Glukokortikoid- rezeptoren (GR) und Mineralokortikoidrezeptoren (MR) auf hippokampalen Vorläuferzellen im Gyrus dentatus jung-adulter und alter Mäuse untersucht. Dass proliferativ aktive Zellen im Gyrus dentatus zu einem Teil GR und MR exprimieren war bereits bekannt, es wurde jedoch nicht untersucht, um welche teilungsfähige Subpopulationen von Zellen es sich dabei handelt. Im ersten Teil der Studie wurde den Tieren im Rahmen einer Zeitreihe der Proliferationsmarker BrdU verabreicht und mit Hilfe immunhistochemischer Methoden und konfokaler Mikroskopie visualisiert. Im zweiten Teil der Untersuchungen wurden proliferativ aktive Zellen in der SGZ des Gyrus dentatus jung-adulter und alter Tiere mit Hilfe zellulärer Marker phänotypisch charakterisiert und ihre GR- und MR-Expressionsmuster untersucht. Proliferierende Zellen in der hippokampalen SGZ synthetisieren während ihrer teilungsaktiven Phase zu einem Teil GR, in keinem Fall aber MR. MR werden erst von ausgereiften Zellen, die nicht mehr zu Mitose befähigt sind, exprimiert. Dies konnte sowohl für jung-adulte als auch alte Tiere nachgewiesen werden. Nicht alle der proliferativ aktiven Zellen in der SGZ synthetisieren GR. Zellen, die sich auf dem Scheideweg zur Entwicklung des neuronalen Phänotyps befinden, exprimieren weder GR noch MR. In dieser entscheidenden Phase sind Vorläuferzellen unempfänglich für rezeptorvermittelte Corticosteron-Effekte. Ein Teil der proliferativ aktiven Zelltypen war GR-positiv. Es ist wahrscheinlich, dass diese Zellen durch GR-vermittelte Apoptose aus dem Prozess der Neurogenese ausselektiert werden. Calretinin-positive Zellen, die unreife postmitotische Körnerzellen darstellen, sind in jung adulten Tieren ebenfalls GR- und MR-negativ. Auch diese hinsichtlich der Ausreifung zur fertigen Körnerzelle und funktionellen Integration in das bestehende neuronale Netzwerk wichtige Phase findet unabhängig von der direkten Einwirkung von Corticosteron auf die Zellen statt. In alten Mäusen wurde im Vergleich zu jung-adulten Mäusen eine Steigerung der GR-Expression beobachtet. Auch war die GR- und MR-Expression in ein früheres Stadium verschoben: Calretinin-positive Zellen waren zu einem großen Teil GR-, zum Teil auch GR- und MR-positiv. Insgesamt wurde eine starke Reduktion der Vorläuferzell-Populationen festgestellt. Die erhöhte GR-Expression in älteren Tieren könnte eine ausgeprägtere Vulnerabilität der Vorläuferzellen für GR-ausgelöste Apoptose verursachen. Dies könnte vor allem während Phasen vermehrter, GR-aktivierender Corticosteron-Sekretion, wie zum Beispiel durch Stress, Demenz und Depression verursacht, von pathogenetischer Bedeutung sein. Diese Arbeit zeigt erstmalig, dass bestimmte Vorläuferzell-Populationen während entscheidender Schritte im Prozess der Neurogenese unabhängig von direkter Corticosteron-Einwirkung sind, während andere teilungsaktive Populationen in der SGZ wahrscheinlich zu einem Teil durch die Aktivierung von Apoptose aus diesem Prozess ausselektiert werden. Außerdem wurde zum ersten Mal die GR- und MR-Expression in Vorläuferzellen alter Tiere untersucht und eine Steigerung der GR-Expression beschrieben, die eine erhöhte Vulnerabilität dieser Zellen für GR-vermittelte Apoptose bedingen könnte. Durch diese Untersuchungen der GR- und MR- Expressionsmuster von hippokampalen Vorläuferzellen unter physiologischen Bedingungen werden wertvolle Informationen für pathogenetische Zusammenhänge während Zustände erhöhter Corticosteron-Sekretion, wie zum Beispiel Depression und Demenz, geliefert. Aber auch unter physiologischen Bedingungen werden wichtige Hinweise für das Verstehen der komplexen Beziehung zwischen dem Hormon Corticosteron und Neurogenese durch diese Arbeit erbracht.

Steroid hormones are regulators of adult hippocampal neurogenesis and are central to hypotheses regarding adult neurogenesis in age-related and psychiatric disturbances associated with altered hippocampal plasticity, most notably dementias and major depression. Using immunohistochemistry, the expression of glucocorticoid (GR) and mineralocorticoid (MR) receptors during adult hippocampal neurogenesis was examined. In young mice only 27% of dividing cells in the subgranular zone expressed GR, whereas 4 weeks after division 87% had become positive for GR and MR. GR was expressed by 50% of the radial glia-like type-1 and type-2a progenitor cells, whereas MR was expressed only by mature calbindin-positive granule cells. Doublecortin-positive neuronal progenitor cells (type-2b) and early postmitotic calretinin-positive neurons were devoid of GR and MR expression. Fifty per cent of the intermediate type-3 cells showed GR expression, possibly reflecting cells terminating maturation. Thus, all subpopulations of dividing precursor cells showed an identical receptor profile (50% GR, no MR), except for type-2b cells, which expressed neither receptor. There was also no overlap between calretinin and GR early postnatally (P8) or after physical activity or exposure to an enriched environment, both of which are potent neurogenic stimuli. In contrast, in old age calretinin-positive young neurons became GR and MR positive, suggesting increased steroid sensitivity. Age also increased the expression of GR in type-1 and type-2a precursor cells. Other intermediates were so rare in old age that they could not be studied. This course and variability of receptor expression in aging might help to explain differential vulnerability of adult neural precursor cells to corticoid- mediated influences.