The mammalian claustrum is a telencephalic sheet-like structure of grey matter deeply embedded in the basolateral forebrain between the putamen and the extreme capsule. Nurr1 is highly expressed in claustral cells. Furthermore, the claustrum has reciprocal axonal connections to most cortical areas and is suggested to play a role in the recovery of consciousness, attention sensation, stress activity, slow wave sleep and learning as well as memory formation. However, the development and functionality of the claustrum remain mostly unclear. Here we used Cre-Loxp recombination system to achieve a cell type-specific deletion of exon 3 of the Nurr1 protein in conditional knockout mice in comparison to wildtype mice. This genetic deletion of Nurr1 was performed in cortical progenitors (EmxCre) and postmitotic (NexCre) neurons, respectively. We used immunofluorescent staining, retrograde axon tracing and BrdU pulse chasing to examine the Nurr1-deficient claustral cells. Our data indicates that the migration, birthdating and fate determination of claustral cells are considerably disrupted by Nurr1 deficiency, and that the Nurr1-deficient claustral neurons project their axons ectopically to the primary motor cortex. The abolishment of Nurr1 induced by either EmxCre or NexCre can cause similar developmental deficits of claustral cell migration, but not of claustral birthdating, suggesting that Nurr1 may play differential roles in claustral progenitors and neurons. Furthermore, a few potential downstream targets of Nurr1 in the claustrum were predicted. In a nutshell, we show that the transcription factor Nurr1 is crucial for the normal positioning, cell identity decision, birthdating, and connectivity of claustral cells. Our results provide further insight in the Nurr1-dependent development of the normal claustrum as well as in the molecular basis for future functional studies of the claustrum.
Das Claustrum von Säugetieren ist eine blattförmige Struktur aus grauer Substanz im Telencephalon. Es liegt tief im basolateralen Vorderhirn zwischen dem Putamen und der Capsula extrema. In den Zellen des Claustrums wird der Transkriptionsfaktor Nurr1 stark exprimiert. Des Weiteren hat das Claustrum reziproke axonale Verbindungen zu den meisten kortikalen Arealen und man geht davon aus, dass es eine Rolle für das Bewusstsein, die Lenkung der Aufmerksamkeit, die Stressantwort, den Tiefschlaf und das Lernen beziehungsweise die Erinnerung spielt. Allerdings ist der Entwicklungsprozess und die Funktionalität des Claustrums gegenwärtig zum Großteil unklar. Wir nutzen hier, das Cre-Loxp Rekombinationssystem, welches eine Zelltyp-spezifische Deletion des Exon 3 des Nurr1-Proteins erlaubt. Die Verwendung unterschiedlicher Promotoren ermöglichte eine prä- (EmxCre) beziehungsweise postmitotische (NexCre) Deletion. Wir nutzten die Immunfluoreszenz-Färbung, retrograde Anfärbung von Axonen und BrdU Pulsmarkierung um die Zellen des Claustrums zu untersuchen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Zellmigration, -neurogenese und -identität durch die Nurr1-Deletion verändert sind und dass die Zellen des Claustrums durch die Nurr1-Deletion ektopische Axone zum Motorcortex senden. Die Nurr1-Deletion durch EmxCre und NexCre verursacht ähnliche Veränderungen in der Zellmigration, aber die Zellneurogenese ist nur bei der Deletion durch EmxCre verändert. Dies deutet darauf hin, dass Nurr1 verschiedene Rollen in Vorläuferzellen und entwickelten Zellen spielt. Des Weiteren identifizierten wir einige mögliche Downstream-Ziele von Nurr1. Zusammengefasst zeigen wir, dass der Transkriptionsfaktor Nurr1 entscheidend für die normale Positionierung, Zellidentität, Neurogenese und Konnektivität der Zellen des Claustrums ist. Unsere Ergebnisse erlauben neue Erkenntnisse hinsichtlich der Nurr1-abhängigen Entwicklung des normalen Claustrums und legen die Basis für die weitere funktionelle Analyse des Claustrums.
