15 Millionen Kinder kommen jedes Jahr weltweit zu früh zur Welt. Frühgeburt ist eine der größten Herausforderungen der pädiatrischen Intensivmedizin und insbesondere eine Geburt unter 1500 g Geburtsgewicht geht mit dem Risiko erhöhter neonataler Mortalität und Morbidität einher. Zu den Komplikationen gehören u. a. neurokognitive Defizite, Aufmerksamkeitsstörungen und Verhaltensauffälligkeiten, die mitunter erst im Laufe der Kindheit erkennbar werden. Zudem treten psychiatrische Krankheitsbilder wie ADHS, Autismus und Schizophrenie bei ehemaligen Frühgeborenen gehäuft auf. Neben infektiös-inflammatorischen Prozessen werden auch hohe postnatale Sauerstoffkonzentrationen als Ursache subtiler organischer Hirnschädigungen angenommen. Hypothetisch könnten spezifische Veränderungen GABAerger Interneurone im zerebralen Kortex eine wesentliche Rolle insbesondere für die Entstehung neuropsychiatrischer Symptome einnehmen. Interneurone vollziehen gegen Ende der Schwangerschaft und unmittelbar postnatal wesentliche Entwicklungsschritte, die sie besonders vulnerabel gegenüber perinatalen Einflüssen machen. Um im Mausmodell den für das Frühgeborene eintretenden O2-Anstieg zu simulieren und eine Schädigung des unreifen Gehirns durch Sauerstoff zu untersuchen, erhielten 5 Tage alte Wildtyp- bzw. GAD67-GFP-Knock-In-Mäuse über 48 Stunden 80% O2 (Hyperoxie) und wurden anschließend bei Raumluft (21% O2, Normoxie) bis zum postnatalen Tag (P) 7, 9, 11, 14 oder 30 gehalten. Die Ausbildung interneuronaler Subtypen wurde anhand von LIM-homeobox protein 6 (Lhx6), Reelin (Reln), Somatostatin (Sst), Vasoactive intestinal polypeptide (Vip) und Parvalbumin (PV) untersucht. Zur weiteren Charakterisierung der Schädigung GABAerger Interneurone untersuchten wir die Apoptoseaktivität (CASP3A) und die Zellproliferation (Ki67) in immunhistochemischen Färbungen. Die Autophagie-Prozesse wurden anhand von Atg3, Atg12 und p62 (qPCR) sowie LC3 und P62 (Western Blot) analysiert. Die RNA- Expressionen von Stromal cell-derived factor 1 (Sdf1) und seinem Rezeptor C-x-c chemokine receptor type 4 (Cxcr4) sowie Glia cell line-derived neurotrophic factor (Gdnf) dienten zur Einschätzung der Migration. 6 Im Ergebnis zeigte sich eine Hyperoxie-induzierte Reduktion GABAerger Subtypen anhand Lhx6 (P9), Reln (P9), Sst (P9, P11) und Vip (P11). In der juvenilen Maus (P14, P30) ließ sich eine verminderte Anzahl PV-exprimierender Interneurone beobachten. Neonatale Hyperoxie hatte keinen Einfluss auf Apoptose, Autophagie oder Proliferation. Die Hyperoxie-Exposition führte zu einer Verminderung der Migrationsmarker Gdnf (P11) sowie Cxcr4 (P9, P11) und Sdf1 zu allen untersuchten Zeitpunkten (P7 – P11). Wir konnten zeigen, dass die Exposition des unreifen Gehirns gegenüber hohen Sauerstoffkonzentrationen die Entwicklung kortikaler GABAerger Interneurone in der Maus deutlich beeinträchtigt. Eine erhöhte Sauerstoffexposition könnte demnach ursächlich für die Reduktion von GABAergen Interneuronen bei Frühgeborenen sein.
Every year 15 million children worldwide are born too early and premature birth is one of the biggest challenges in pediatric intensive care. Birth under 1500 g is associated with a particularly high risk of neonatal mortality and morbidity. Among the associated complications are neurocognitive deficits as well as attention and behavioral disorders, which may only become apparent later in childhood. Moreover, psychiatric diseases like ADHD, autism, and schizophrenia are more common in infants born preterm. Besides infectious-inflammatory processes, high postnatal oxygen values are assumed to cause subtle forms of preterm brain injury. We hypothesize that specific alterations in cortical GABAergic interneurons might play a role in the pathogenesis of neuropsychiatric symptoms. Interneurons undergo important developmental steps towards the end of pregnancy and around birth, which might render them particularly vulnerable for perinatal stressors. To simulate the postnatal increase in oxygen tension and study its potentially damaging effects on the developing brain, 5 day old wild type or GAD67-GFP-knock in mice received 80% oxygen over 48 hours (hyperoxia) and were kept in room air (21% oxygen, normoxia) until postnatal days (P) 7, 9, 11, 14 or 30, respectively. Interneuron subtype differentiation was studied using the markers LIM-homeobox protein 6 (Lhx6), reelin (Reln), somatostatin (Sst), vasoactive intestinal polypeptide (Vip), or parvalbumin (PV). For further characterization of a potential interneuron damage, activities of apoptosis (CASP3A) and cell proliferation (Ki67) in GFP+ cells were determined. Autophagy was assessed for Atg3, Atg12 and p62 (PCR) as well as LC3 and P62 (western blot). RNA expressions of stromal-cell derived factor 1 (Sdf1), its receptor c-x-c chemokine receptor type 4 (Cxcr4) and glia cell line-derived neurotrophic factor (Gdnf) were used to assess GABAergic interneuron migration. We found a hyperoxia-induced reduction of GABAergic subtypes with diminished levels of Lhx6 (P9), Reln (P9), Sst (P9, P11) and Vip (P11) gene expression. In juvenile mice (P14, P30) numbers of PV+ interneurons were decreased. Hyperoxia had no effect on either apoptosis, autophagy or proliferation. Hyperoxia exposure led to reductions in gene expression levels of the migratory factors Gdnf (P11) as well as Cxcr4 (P9, P11) and Sdf1 at all time points examined (P7 – P11). We showed that the exposure of the immature brain to high oxygen concentrations can disrupt development of cortical GABAergic interneurons in mice. Hyperoxia could thus account for GABAergic deficits commonly observed in infants born preterm.
