dc.contributor.author
Göritz, Christian
dc.date.accessioned
2018-06-07T21:23:23Z
dc.date.available
2005-03-07T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/7811
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-12010
dc.description
Title and List of Contents
Introduction
Material and Methods
Results
Discussion
Summary
References
Curriculum Vitae
dc.description.abstract
The interplay of neurons and glia cells is highly relevant for many aspects of
nervous system development. One important phase is the formation of synapses.
Previous studies had shown that soluble glia-derived factors enhance the
formation and efficacy of synapses in cultured retinal ganglion cells (RGCs)
(Nägler et al., 2001), and identified one of these factors as cholesterol
(Mauch et al., 2001). The aim of my project was to investigate how cholesterol
supports synapse formation and function and whether other glia derived factors
are involved in synaptogenesis in cultured RGCs. In the second part, I was
searching for neuronal target genes involved in glia-dependent postnatal
differentiation of rat RGCs using GeneChip expression analysis. Searching for
the mechanism of glia- and cholesterol-induced synapse formation, I could show
by immunostaining with pre- and postsynaptic markers that glia conditioned
medium (GCM) and cholesterol enhanced the number of synapses slowly within
several days of treatment. Cholesterol induced a smaller but significant
increase in synapse number than GCM. Filipin staining, an indicator of the
cholesterol content, revealed a ten-fold enhancement in neuritic cholesterol
content within 72 hours of GCM and cholesterol treatment but with a strikingly
different time course. This indicated that the increase in cholesterol content
does not determine the rate of synaptogenesis. Immunostaining of dendrites
using a MAP2 antibody revealed that GCM and cholesterol induced dendrite
differentiation with a remarkably similar time course as the increase in
synapse number. This indicated that dendrite differentiation, which involved a
redistribution of MAP2 and GluR2/3 from the somata to dendrites, was the rate
limiting step in glia-induced synaptogenesis. Interestingly, I also found that
neighboring cells impede dendrite differentiation. Cholesterol was
indispensable for dendrite differentiation but less efficient than GCM, which
may explain the lower number of synapses in cholesterol- compared to GCM-
treated RGCs. I found that glia-derived laminin containing the gamma-1 chain
together with cholesterol promoted dendrite differentiation to the same extent
then GCM, suggesting that laminin act as dendrite promoting signal for RGCs.
Furthermore, using electrophysiological record-ings, I showed by removal of
GCM and replacement with cholesterol, that cholesterol is essential for
continuous synaptogenesis and for the stability of evoked transmitter release.
To detect neuronal genes whose expression is regulated by glia, I performed
GeneChip analysis of GCM- and cholesterol-treated RGCs. My experiments
revealed several genes whose level of expression changed under the influence
of GCM and cholesterol. Interestingly, there was very little overlap between
the two groups except for genes involved in cholesterol biosynthesis and
homeostasis. To test if the neuronal cholesterol synthesis was influenced by
these changes I labeled new synthesized lipids, using a radio-active
precursor. I observed that GCM and cholesterol treatment clearly down
regulated the cholesterol synthesis in neurons, confirming this expression
result. GCM highly up regulated the genes of matrix Gla protein and heme
oxygenase 1, which could be confirmed on protein level. Immunostaining
revealed that both proteins were located in the somatodendritic compartment.
Together, these results revealed new roles of cholesterol and laminin in
neuronal differentiation and underline the importance of neuron-glia
interactions during brain development.
de
dc.description.abstract
Für viele Prozesse bei der Entwicklung des Nervensystems ist die Interaktion
von Neuronen und Gliazellen wichtig. Eine entscheidende Phase dabei ist die
Bildung von Synapsen. Vorangegangene Studien haben gezeigt, dass von
Gliazellen sezernierte Faktoren die Bildung und Effizienz von Synapsen in
kultivierten retinalen Ganglienzellen (RGZ) erhöhen (Nägler et al., 2001).
Einer dieser Faktoren wurde als Cholesterin identifiziert (Mauch et al.,
2001). Ziel des ersten Teils meiner Arbeit war es, herauszufinden wie
Cholesterin die Synapsenbildung in Kulturen von gereinigten RGZ unterstützt
und ob weitere gliale Faktoren dabei involviert sind. Der zweite Teil meiner
Arbeit diente der Identifizierung von neuronalen Genen, die bei der
postnatalen Differenzierung von RGZ eine Rolle spielen und deren Expression
durch Gliazellen beeinflusst wird. Zur Untersuchung der Mechanismen der glia-
und cholesterininduzierten Synapsenbildung führte ich zuerst Immunfärbungen
mit pre- und postsynaptischen Markern durch. Ich konnte zeigen, dass Glia-
konditioniertes Medium (GKM) und Cholesterin die Anzahl der Synapsen innerhalb
von mehreren Tagen langsam erhöhen. Die Behandlung mit Cholesterin erzeugte
eine signifikante Erhöhung der Synapsenzahl, die jedoch geringer ausfiel als
bei GKM-behandelten Zellen. Anschließende Filipin-Färbungen, ein Indikator für
den Cholesteringehalt, ergaben nach 72 Stunden GKM- oder Cholesterinbehandlung
einen zehnfachen Cholesterinanstieg in RGZ Neuriten. Dieser wurde jedoch über
einen deutlich verschiedenen Zeitverlauf erreicht, was den Anstieg des
zellulären Cholesteringehalts als Ursache für die verzögerte Synapsenbildung
ausschloss. Die Immunfärbung von Dendriten mit einem Antikörper gegen Map2
ergab, dass GKM und Cholesterin die Differenzierung von Dendriten auslösen,
und zwar mit genau derselben zeitlichen Verzögerung wie bei der
Synapsenbildung. Dieser Umstand zeigte, dass die Differenzierung von Dendriten
die gliainduzierte Synapsenbildung verzögerte und ging einher mit der
Umverteilung von Map2 und GluR2/3 vom Soma zu den Dendriten. Weitergehende
Untersuchungen ergaben, dass Nachbarzellen die Dendritendifferenzierung
behindern. Cholesterin war unentbehrlich für die Dendritendifferenzierung,
aber von geringerer Wirkung als GKM, was die kleinere Anzahl der Synapsen bei
Cholesterinbehandlung im Vergleich zur GKM-Behandlung erklären könnte. Weitere
Untersuchungen ergaben, dass Laminin, welches in GKM enthalten ist, über seine
gamma-1 Untereinheit die Dendritendifferenzierung unterstützte und zusammen
mit Cholesterin dieselbe Wirkung erzielte wie GKM. Diese Ergebnisse deuten
darauf hin, dass Laminin bei RGZ als Signal für die Dendritendifferenzierung
wirkt. Mit Hilfe von elektrophysiologischen Messungen und der Wegnahme von GKM
sowie dessen Ersatz durch Cholesterin, konnte ich zeigen das Cholesterin
essentiell ist für die Fortdauer der Synapsenbildung und die Stabilität von
evozierter Transmitterausschüttung. Um neuronale Gene, deren Expression durch
Gliazellen reguliert wird, zu identifizieren, verglich ich die
Expressionsmuster von unbehandelten RGZ mit denen von GKM- oder
cholesterinbehandelten. Hierfür benutzte ich GeneChips. Diese Untersuchungen
ergaben mehrere Gene, deren Expression sich unter dem Einfluss von GKM oder
Cholesterin änderte. Interessanterweise gab es nur wenige Überschneidungen
zwischen den beiden Gruppen, mit Ausnahme von Genen die Funktionen in der
Cholesterinsynthese und Homeostase ausüben. Um zu untersuchen, ob die
Veränderung der Genexpression die neuronale Cholesterinsynthese beeinflusst,
markierte ich neu synthetisierte Lipide mit Hilfe eines radioaktiven
Vorläufers. Die Ergebnisse bestätigten die Expressionsanalyse und zeigten,
dass GKM und Cholesterin die Cholesterinsynthese in RGZ deutlich verringerten.
Weiterhin ergab die Behandlung mit GKM eine Erhöhung der Expression des Matrix
Gla Proteins und der Heme Oxygenase 1, was auf Proteinebene bestätigt wurde.
Immunfärbungen lokalisierten beide Proteine in Somata und Dendriten. Die
Ergebnisse dieser Arbeit zeigten neue Funktionen für Cholesterin und Laminin
bei der neuronalen Differenzierung auf und lieferten weitere Beweise für die
Bedeutung der Interaktionen zwischen Neuronen und Gliazellen während der
Entwicklung des Nervensystems.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
synaptogenesis
dc.subject
retinal ganglion cells
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
Influence of glial cells on postnatal differentiation of rat retinal ganglion
cells
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Frank W. Pfrieger
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Ferdinand Hucho
dc.date.accepted
2005-02-25
dc.date.embargoEnd
2005-03-08
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-2005000651
dc.title.translated
Der Einfluss von Gliazellen auf die postnatale Differenzierung von retinalen
Ganglienzellen der Ratte
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
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FUDISS_thesis_000000001605
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2005/65/
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000001605
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dcterms.accessRights.openaire
open access