Rolle des Plasticity Related Gene-1 (PRG-1) im Gehirn der Maus

Abstract

In meiner Arbeit beschrieb ich immunhistochemisch die Expression des Plasticity-Related Gene-1 (PRG-1) in charakteristischen perinatalen und postnatalen Entwicklungsstadien der Maus. Dazu etablierte ich am Konfokalen- und am Lichtmikroskop die Färbung mit ßGal im heterozygoten PRG-1 Tier und entwickelte ein neues Protokoll für den PRG-1 Antikörper im Wildtyp Tier. Außerdem erstellte ich zur genauen Proteinlokalisation 3D Rekonstruktionen von konfokalen Schnittbildern. Grundlegende Erkenntnisse überprüfte ich exemplarisch an humanen Schnitten und fand Hinweise darauf, dass die Ergebnisse aus dem Mausmodell sich auf den Menschen übertragen lassen. PRG-1 wurde lediglich in glutamatergen Neuronen gefunden, in denen es die postsynaptische Membran glutamaterger Synapsen flankierte. Ich zeigte, dass auch das mutierte, funktionslose PRG-1 Molekül (H235K) bei einer Rekonstitution in PRG-1-/- Mäusen mittels in-utero Elektroporation in der Membran eingebaut wird. Darüber hinaus lokalisierte ich durch 3D Rekonstruktionen den mutmaßlichen Interaktionspartner von PRG-1, den LPA-2 Rezeptor, an der Präsynapse glutamaterger Neurone. In Kooperationen konnte ich dadurch dazu beitragen, morphologische Daten zu einem neuen post- präsynaptischen Mechanismus in der synaptischen Erregungsmodulation beizusteuern. Ultrastrukturelle Entwicklungsanalysen, die durch elektronenmikroskopische Aufnahmen bestätigt wurden, zeigen zudem, dass PRG-1 zu einem sehr frühen Zeitpunkt der glutamatergen Synapsenreifung exprimiert wird. Sie legen seine potentiell wichtige Rolle in diesem Prozess nahe. Letztendlich zeigten meine Färbungen zur neuronalen Ausreifung im Gyrus Dentatus Veränderungen, die bei Abwesenheit von PRG-1 auftreten und auf seine Beteiligung hinweisen könnten. In einem weiteren Projektteil untersuchte ich das intrakranielle und entwicklungsspezifische PRG-1 Vorkommen. Dafür erstellte ich einen „Atlas“ der PRG-1 Expression von der perinatalen Entwicklung bis zum erwachsenen Tier und beschrieb darin die Stärke der PRG-1-Expression in unterschiedlichen kortikalen und subkortikalen Arealen. Kurz zusammengefasst durchläuft PRG-1 peri- und postnatal eine dynamische Expression, die für die einzelnen Hirnregionen charakteristisch und spezifisch ist. In “Input” Neuronen des Kortex, speziell in der Schicht IV, im Hippokampus und im olfaktorischen System, welches aufeinanderfolgend glutamaterge Projektionen auf glutamaterge Neurone besitzt, wies ich ein durchgehend starkes und sehr früh einsetzendes PRG-1 Signal nach. Die dynamische PRG-1 Expression in kortikalen Regionen, die an der sensorischen Wahrnehmung beteiligt sind, spiegelt die synaptische Organisation wider. Im erwachsenen Tier beschränkt sich das Signal schließlich auf die Haupt-Input- Schichten/Neurone des Kortex. Bei Abwesenheit von PRG-1 zeigten Mäuse in einer Kooperation mit dem Institut für Anatomie in Magdeburg signifikante Verhaltensänderungen bei Angstversuchen.) Diese Versuche warfen die Frage auf, ob in den PRG-1-/- Mäusen die primäre sensorische Sinneswahrnehmung oder die höhere kortikale Verarbeitung der aufgenommenen Sinnesreize gestört ist. Insgesamt konnte ich einige Fragen zur PRG-1 Expression beantworten, seine Rolle im ZNS beleuchten und zudem Anhaltspunkte für zukünftige Untersuchungen schaffen.

In my dissertation I described the expression of plasticity-related Gene -1 (PRG-1) in characteristic perinatal and postnatal development of the mouse by immunhistochemistry. Therefore I established in heterozygote animals the ßGal coloration at the confocal and the light microscope and developed a new protocol for the PRG-1 antibody in the wildtyp animal. Furthermore for localization of the protein I produced 3D reconstructions of confocal slices. Basic results I screened on human slices and found hints that the consequences may be transferred to the situation in humans. PRG-1 could only be found in glutamatergic neurons, where it is situated at the postsynaptic membrane of glutamatergic synapses. I showed that the mutated protein with loss of function (H235) is also correctly placed in the membrane in PRG-1 knockout mice. Furthermore I localized the presumably partner of PRG-1, the LAP2 Receptor, at the presynaps of glutamatergic neurons. In cooperations I could help to detect a new post-presynaptic mechanism for modulation of glutamatergic excitation. Ultra structural analyses of development in mice could show that PRG-1 is early present in synaptic maturation. This is proved by electronic microscope results. Probably the protein plays an important role in this process. I could also show changes in neuronal maturation in PRG-1 knockout mice. This could also be a hint of its participation in this process. In another project I analyzed the appearance of PRG-1 intracranial and during development. I described the intensity of PRG-1 expression from prenatal to adult animal. PRG-1 has a dynamic expression that is specific and characteristic for each part of the brain. In cortical, hippocampal and olfactory input neurons exists a strong signal that appears early in development. The dynamic cortical sensoric expression of PRG-1 reflects the synaptic organization. In the adult animal PRG-1 is limited to main input neurons. A cooperation with the anatomic institute of Magdeburg showed, when PRG-1 is missing, the animals present significant changes in behavior and fear experiments. This questions if in PRG-1 -/- mice the primer sensory detection or the cortical translation could be deranged. To sum up I could answer some questions about PRG-1 expression, find hints about its possible role in the nervous system and provide information for future analysis.