dc.contributor.author
Schlüter, Leslie
dc.date.accessioned
2018-06-08T01:44:35Z
dc.date.available
2011-10-05T13:04:26.514Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/13800
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-17998
dc.description.abstract
Während der Entwicklung des Netzwerkes im zentralen Nervensystem legen die
Axone der Neurone große Entfernungen zurück, um an ihre Zielzellen zu
gelangen, mit denen sie synaptische Verbindungen eingehen. Das axonale
Auswachsen wird von spezifischen Molekülen geleitet, die Richtung und
Mobilität des terminalen Wachstumskegels, dem Growth Cone, vorgeben.
Plasticity related gene-1 (PRG-1) wurde 2003 als potentielles Molekül
entdeckt, dass an der Regulation des axonalen Auswachsens im Hippokampus
beteiligt ist. Die Expression beginnt mit dem Embryonaltag 19, einem
Zeitpunkt, an dem die Fasertrakte des Hippokampus ausgebildet werden. Außerdem
wurde gezeigt, dass das Niveau der mRNA-Transkripte nach einer Kortexläsion
hochreguliert wird. In dieser Arbeit wurde die Rolle von PRG-1 an dem axonalen
Auswachsen näher untersucht. Dazu wurde mit einer konditionellen PRG-1 KO Maus
gearbeitet, die es ermöglichte, den Effekt der Defizient zu analysieren. Für
die in vitro Experimente wurde ein entorhinal-hippokampales Ko-Kultur-Modell
verwendet, indem grünfluoreszierende Fasern in einem nicht-fluoreszierenden
Hippokampus leicht zu detektieren waren. EGFP-exprimierende Mäuse wurden mit
der PRG-1 KO Maus gekreuzt und die Ko- Kulturen wurden für 2 verschiedene
Experimente verwendet. Die Intensitätsmessungen des Fasertraktes ergaben eine
deutlich geringere Innervierung des Hippokampus bei PRG-1 defizienten Axonen
und Lebendmessungen (eng: life-imaging) zeigten eine reduzierte
Wachstumsgeschwindigkeit solcher Axone. Im Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt,
dass PRG-1 nicht, wie ursprünglich vermutet, auf auswachsenden Axonen
lokalisiert ist. Dieser Befund und die Tatsache, dass PRG-1 defiziente Tiere
eine Erhöhung der mEPSC Frequenz aufweisen, lässt vermuten, dass der Effekt
aktivitätsabhängig sein müsste. Weitere Experimente mit einem organotypischen
Kultur-Modell, indem durch die Inhibierung der neuronalen Aktivität der Effekt
des geringeren Auswachsens der Axone aufgehoben werden konnte, bestätigten
diese Theorie. Dendritenbäume und besonders Spines gelten als Orte der
synaptischen Transmission und deren korrekte Entwicklung ist essentiell für
die neuronale Informationsweiterleitung. Abnormale Dendritenstrukturen und
Veränderungen in der Spinemorphologie werden häufig bei Patienten mit
kognitiven Beeinträchtigungen gefunden. Die Expression von PRG-1 erreicht
ihren Höhepunkt in der zweiten Lebenswoche. Das ist in der Entwicklung des
Gehirns der Zeitpunkt, an dem die Spines gebildet werden (Spinogenese).
Außerdem ist das Molekül in der postsynaptischen Dichte glutamaterger Neurone
lokalisiert. Diese Tatsachen sprechen für eine Beteiligung von PRG-1 an der
Spines- und auch Dendritenbildung, was in dieser Arbeit näher untersucht
wurde. Analysen Zusammenfassung -IXeiner EGFP-exprimierenden PRG-1 KO Maus
ergaben im Vergleich mit dem Wildtyp für unterschiedliche Alterstufen eine
signifikant reduzierte Spindichte im Hippokampus. Dieser Effekt konnte durch
in utero und in vitro Experimente auch auf Einzelzellebene bestätigt werden.
Analysen von primären hippokampalen Neuronen ergaben auch eine Reduzierung der
Dendritenkomplexität in PRG-1 defizienten Zellen. Des Weiteren konnte gezeigt
werden, dass die Überexpression von PRG-1 in PRG-1 KO Tieren den Effekt der
PRG-1 Defizienz aufhebt und in neuronalen und nicht-neuronalen Zellen die
Bildung von Spines und Filopodien, den Vorläufern von Spines, induziert.
de
dc.description.abstract
In the central nervous system, in course of network formation, neurons project
axons over long distances to target cells, where they form Synapses. Axon
outgrowth is conducted by specific guiding cues which determine the direction
and the motility of the terminal end tip, the growth cone. Plasticity related
gene-1 (PRG-1) was found in 2003 as prospective new molecule facilitating
axonal outgrowth. Expression starts at embryonic day 19 (E19), the timepoint,
where fibertracts in hippocampus are formed. Furthermore, it could be shown
that expression is upregulated after a cortex lesion. In order to elucidate
the specific role of PRG-1 on the process of axonal outgrowth, a conditional
PRG-1 KO mouse was used in this study. Using a co-culture model of organotypic
brain slices, which combines a non-fluorescent hippocampus with an EGFP
expressing entorhinal cortex, made it possible to detect outgrowing fibers.
EGFP-expressing mice were bred with the PRG-1 KO mouse and prepared co-
cultures were used for two different experiments. Intensity measurements of
the fibertract showed significant reduced innervation of the hippocampus if
PRG-1 is missing in the outgrowing axons and life-imaging experiments exhibit
a decreasing outgrowing rate. As it could be shown in this study that PRG-1 is
not located on axons as assumed originally and the fact that PRG-1 deficient
animals exhibit an increase in mEPSC frequency, it was assumed that the
observed effect might be dependant of neuronal activity. This theory was
supported by the fact that in a second organotypic culture-system, the effect
of decreased outgrowth was inhibited by blockade of calcium channels. As
principal sites of excitatory synaptic input, spines and dendritic arbors play
a key role in the connectivity of the brain. Their correct development is
essential for neuronal information processing, and abnormal dendritic
structures and alterations in spine morphology are widespread in neurons of
patients with cognitive impairments. As the expression of PRG-1 peaks during
the third postnatal week, the time of spineformation and the fact, that PRG-1
is located on postsynaptic density (PSD) of glutamatergic neurons, it was
assumed that PRG-1 plays a critical role in the development of dendrites and
spines. In this study, the analysis of an EGFP-expressing PRG-1 KO mouse
revealed a significant decreased spine density at different timepoints in
comparison with the WT. This observation could be confirmed by in utero and in
vitro experiment on single cell level. In addition, analysis of primary
hippocampal neurons revealed a reduction of dendritic tree complexity.
Furthermore, the overexpression of PRG-1 rescue the effect of PRG-1 deficiency
in conditional KO mice and induced the formation of spines and filopodia, the
precursor of dendritic spines, in neuronal and non-neuronal cells.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Plasticity related gene 1
dc.subject
axonal outgrowth
dc.subject
dendritic spines
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::572 Biochemie
dc.title
Die Rolle von PRG-1 bei axonalem Auswachsen und der Spinebildung
dc.contributor.firstReferee
Prof. Constanze Scharff
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Robert Nitsch
dc.date.accepted
2010-09-28
dc.date.embargoEnd
2011-09-04
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000019342-0
dc.title.translated
The role of PRG-1 during axonal outgrowth and spine formation
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000019342
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000010067
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free
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open access