dc.contributor.author
Wirtz, Stefanie
dc.date.accessioned
2018-06-08T01:14:46Z
dc.date.available
2011-12-16T12:59:21.434Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/13131
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-17329
dc.description.abstract
Mitochondriale Dysfunktionen bilden die pathophysiologische Grundlage einer
äußerst heterogenen Gruppe verschiedener Krankheitsbilder und werden oftmals
durch Defekte in der mitochondrialen Atmungskette verursacht. Der häufigste
klinische Phänotyp ist das Leigh Syndrom, eine fortschreitende
neurodegenerative Erkrankung, die durch den Untergang spezifischer Hirnareale
(Basalganglien, Putamen, Thalamus, Mesenzephalon und Hirnstamm)
charakterisiert ist. Aus biochemischer Sicht liegt dem Leigh Syndrom meist ein
isolierter Komplex I-Mangel (NADH-Ubiquinon-Oxidoreduktase) zu Grunde. Die
Ursache der Regionenspezifität dieser Veränderungen ist bislang ungeklärt. In
meiner Arbeit habe ich daher die Fragestellung untersucht, ob ein solch
charakteristisches Muster spezifisch betroffener Hirnregionen durch den
gewebsspezifischen zeitlichen Verlauf der Genexpression wichtiger
funktioneller Komponenten der Atmungskette während der embryonal-fetalen
Entwicklung erklärt werden kann. Mittels ISH habe ich die relative Expression
der 33 nukleär-kodierten Untereinheiten des Komplexes I in verschiedenen
Hirnregionen der Maus zu den Zeitpunkten E11.5, E17.5, P1, P11, P28 und adult
(zwölf Wochen) untersucht. Ich konnte zeigen, dass die relativen
Expressionsintensitäten der Komplex I-Untereinheiten während des
Entwicklungsverlaufs in Abhängigkeit der untersuchten Hirnregion starke
Veränderungen erfahren. Hohe durchschnittliche Expressionsintensitäten konnte
ich in Zeiten intensiver Neurogenese nachweisen. In den Purkinjezellen des
Kleinhirns und in den hippokampalen CA1 und CA3 Pyramidenneuronen konnte ich
ein weiteres Expressionsmaximum während der Synaptogenese und Neuronenreifung
nachweisen. Die Bedeutung dieser Strukturen für die Komplex I-Aktivität
während der Synaptogenese deckt sich mit neueren Forschungsergebnissen, dass
Gamma-Oszillationen, die mit höheren kognitiven Funktionen des Säugergehirns
assoziiert sind, stark von der Komplex I-Aktivität abhängig sind. Mit Ausnahme
des Mesenzephalons lagen die Expressionsintensitäten des Striatums und der
Basalganglien allerdings nur im Durchschnitt und können demnach keine
Erklärung für die deutliche Anfälligkeit dieser Strukturen gegenüber
mitochondrialen Erkrankungen liefern. Ein weiteres Ziel meiner Arbeit war die
Generierung eines konditionellen Mausmodells für einen gewebsspezifischen
Komplex I-Mangel zur in vivo Untersuchung der Pathogenese von
Atmungskettendefekten. Über die Methode des recombineering habe ich das Exon 5
des Ndufv1-Gens mit zwei loxP-Stellen flankiert („gefloxtes Allel“) und eine
Neomyzin-Selektionskassette eingeführt. Bei denjenigen Mausmutanten, die das
„gefloxte Allel“ in die Keimbahn aufgenommen hatten, wurde die
Selektionskassette durch Verpaarung mit FLPe-deleter-Mäusen entfernt. Die
Exzision des Exons 5 kann bei diesen „gefloxten“ Mäusen nun nachfolgend
mittels gewebsspezifisch exprimierter Cre-Rekombinase erfolgen, die entweder
in den Neuronen des Großhirns und Hippokampus unter dem Promotor des Nex-Gens
exprimiert wird oder muskelspezifisch unter dem Promotor des Myf5-Gens. Durch
das Ausschalten des Exons 5 im Mausmodell wird die FMN-Bindestelle des
Ndufv1-Proteins vollständig entfernt. Außerdem verschiebt sich das Leseraster,
so dass als Folge des knockouts von einem vollständigen Funktionsverlust der
Ndufv1-Untereinheit ausgegangen werden kann.
de
dc.description.abstract
Dysfunction of the mitochondria is the pathophysiological basis of a
heterogeneous group of different diseases, most of them caused by malfunction
of the respiratory chain. The most frequent clinical phenotype is Leigh
syndrome, a progressive, neurodegenerative disorder, characterized by
bilateral symmetric brain lesions, particularly in the basal ganglia, putamen,
thalamus, mesencephalon and brainstem. The most common biochemical defect
leading to Leigh syndrome is isolated complex I (NADH:ubiquinone
oxidoreductase) deficiency. Little is known about the cause of this region
specificity. This work is about the question whether such characteristic
lesional patterns could be explained by the tissue specific time course of
gene expression for important functional components of the respiratory chain
during the embryonic-fetal period. Using ISH I investigated the relative
expression of 33 nuclear encoded complex I subunits in different brain regions
in mice at E11.5, E17.5, P1, P11, P28 and adult (12 weeks). With respect to
timing and relative intensity of complex I gene expression I found a highly
variant pattern in different regions during development. High average
expression levels were detected in periods of intense neurogenesis. In
cerebellar Purkinje and in hippocampal CA1 and CA3 pyramidal neurons I found a
second expression peak during the period of synaptogenesis and maturation. The
dependence of these structures on the complex I gene expression during
synaptogenesis is in accord with recent findings that gamma oscillations,
known to be associated with higher cognitive functions of the mammalian brain,
strongly depend on complex I activity. Except of the mesencephalon the
expression intensities of the striatum and the basal ganglia were only
average, so they cannot explain the vulnerability of these structures in
mitochondrial diseases. Another aim of this work was the generation of a
conditional mouse model for tissue specific inactivation of the Ndufv1-gene to
study the pathogenesis of complex I deficiency in vivo. By recombineering I
generate a construct by flanking exon 5 of the Ndufv1-gene with two loxP sites
(“floxed” allele) and inserting a neomycin cassette. Mouse mutants which
inserted the construct by germline transmission were mated with FLPe-deleter
mice to remove the selection cassette. In order to obtain tissue specific
excision of exon 5 the Ndufv1-flox5 mice will be crossed with transgenic mice
which express the Cre recombinase either in the neurons of the telencephalon
and the hippocampus under the promotor of the Nex-gene or in muscle under the
promotor of the Myf5-gene. The knockout of exon 5 in the mouse model leads to
a frame shift and the total removal of the FMN binding site of the
Ndufv1-protein. Thus I can assume a complete loss of function of the
Ndufv1-subunit.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
mitochondrial complex I
dc.subject
NADH:ubiquinone oxidoreductase
dc.subject
mitochondrial disorder
dc.subject
gene expression pattern
dc.subject
knockout mouse
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::572 Biochemie
dc.title
Expression des mitochondrialen Komplexes I der Atmungskette in der
Hirnentwicklung der Maus
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Markus Schülke-Gerstenfeld
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Volker Haucke
dc.date.accepted
2011-11-29
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000034904-7
dc.title.translated
Expression of mitochondrial complex I of the respiratory chain in the murine
brain development
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000034904
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000010411
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access