dc.contributor.author
Yan, Kuo
dc.date.accessioned
2018-06-07T17:18:13Z
dc.date.available
2016-06-03T11:21:52.268Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/3671
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-7871
dc.description.abstract
Corpus callosum formation is severely defective in NeuroD2/6 double deficient
(DKO) mice. Callosal axons defasciculate and stall prior to the midline
interaction, or grow astray away from the subventricular zone (SVZ) into
ipsilateral cortical plate. Here, I have shown that restoration of either
NeuroD2 or NeuroD6 expression by in utero electroporation in NeuroD2/6 DKO
mice enables callosal fibers to maintain fasciculation across the midline,
indicating that these transcription factors regulate long-range axonal
projection cell intrinsically. Many potential NeuroD2/6 downstream targets are
identified by an expression scanning, including transcription factors, axonal
adhesion and guidance molecules. For the promising candidates, I have
performed in vivo gain-of-function experiments and analyzed downstream
signaling pathways. The genetic deletion of NeuroD2/6 has little effect on
determination of callosal projection neuron fate or cortical layer
organization. However, NeuroD2/6 modulate callosal axon guidance cues,
especially Eph-ephrin signaling. A number of genes involved in Eph-ephrin
signaling display altered expression patterns, including Ephrin-A4 ligand
(EfnA4). EfnA4, which normally follows high laterally - low medially
expression gradient in upper layer neurons, acts downstream of NeuroD2/6 to
promote callosal axogenesis. This finding is supported by the observation that
EfnA4 electroporation into NeuroD2/6 DKO embryos facilitates the fasciculation
of callosal axons and steers outgrown axons towards the midline. Neither
secreted EfnA4 (glycosylphosphatidylinositol-attachment signal replaced by
flag tag) nor mutated EfnA4 variant (no interaction with EphA receptors) is
able to rescue corpus callosum agenesis in DKO embryos. Notably, restoration
of ephrin receptors or other ligands fails to rescue the acallosal phenotypes,
suggesting that EfnA4 functions in a specific manner. EfnA4 and Ntrk2 (TrkB)
are both expressed in developing neocortex and can be co-immunoprecipitated
with each other in vitro. Co-electroporation of EfnA4 with kinase-dead Ntrk2,
but not kinase-dead Ntrk3, prevents EfnA4 mediated rescue, implicating that
Ntrk2 might be a cis-interacting co-receptor for EfnA4 reverse signaling. The
EfnA4-Ntrk2 interplay modulates intracellular phospho-AKT signaling in vitro
and in vivo. Furthermore, mutation of the Ntrk2’s SHC binding site (Y515F),
but not the PLCγ1 binding site (Y816F), specifically interferes with EfnA4
promoted callosal axon growth. Considering the expression patterns of EphA
receptors and their interaction with EfnA4-Ntrk2 complexes in trans, I propose
a model that the expression of Eph receptors in the medial neocortex and
ventricular zone creates a permissive channel for callosal axons carrying
EfnA4-Ntrk2 complexes in the SVZ. I also find that NeuroD2/6 may intrinsically
and extrinsically regulate the differentiation of Tbr2+ and Olig2+
progenitors, respectively.
de
dc.description.abstract
Die Entstehung des Corpus Callosum ist in NeuroD2/6 defizienten Mäusen massiv
gestört. Die Axone callosaler Neurone defaszikulieren vor Erreichen der
Mittellinie. Gezieltes callosales Wachstum findet nicht statt und viele Axone
wachsten stattdessen ungezielt in die ipsilaterale Kortikalplatte. Ich zeige
hier, dass die experimentelle Wiederherstellung der NeuroD2- oder
NeuroD6-Expression durch In-Utero Elektroporation in NeuroD2/6 defizienten
Embryonen ausreicht, um das gezielte und faszikulierte Wachstum callosaler
Neuronen bis zum erreichen des kontralateralen Kortex sicher zu stellen.
NeuroD2/6 regulieren also das callosale Axonwachstum auf zellintrinsische
Weise. Weiterhin identifiziere ich mit Hilfe einer Expressionsanalyse eine
Reihe potentieller Effektorgene von NeuroD2/6, darunter Transkriptionsfaktoren
und axonale Adhäsions- und Lenkungsmoleküle. Die wichtigsten Kandidaten
untersuche ich auch funktionell über Gain-of-Function Experimente und die
Analyse der nachfolgenden Signalwege. Im Rahmen des Projekts zeige ich, dass
die Deletion von NeuroD2/6 wenig Einfluß auf die Determination von callosalen
Projektionsneuronen und die Organisation der Kortikalen Schichtung hat.
Trotzdem modulieren die beiden Transkriptionsfaktoten das Wachstum callosaler
Axone und insbesondere den Eph-ephrin Signalweg. Eine Reihe von Genen die in
Beziehung zu diesem Signalweg stehen zeigen veränderte Expressionsmuster. Ich
zeige, dass Ephrin-A4 (EfnA4), dessen Expression in den Neuronen der oberen
Schichten des Neokortex normalerweise einem latero-medial orientieren
Gradienten folgt, unter der Kontrolle von NeuroD2/6 steht und das callosale
Axonwachtum beeinflusst. Die Elektroporation von EfnA4 in den Neocortex von
NeuroD2/6 defizienten Embryonen führt ebenfalls zur Wiederherstellung der
Faszikulation und des gezielten Wachstums callosaler Axone Richtung
Mittellinie. Weder eine sekretiere Form von EfnA4 (der GPI-Anker wurde durch
ein Flag Tag ersetzt) noch eine mutierte Variante die nicht mehr in der Lage
ist, Eph-Rezeptoren zu binden, führen zu einer vergleichbaren
Wiederherstellung der callosalen Axogenese in NeuroD2/6 defizienten Mäusen. Da
auch die Elektroporation von Eph-Rezeptoren oder anderen Ephrinen zu keinem
vergleichbaren Effekt führt, kann davon ausgegangen werden, dass die Funktion
von Efna4 bei der Entstehung des Corpus Callosum spezifisch ist. Sowohl EfnA4
also auch Ntrk2/3 werden im sich entwickelnden Neokortex exprimiert und können
in-vitro miteinander co-immunoprezipitiert werden. Die Co-elektroporation von
EfnA4 mit einer dominant negativen (kinase-dead) Variante von Ntrk2 (aber
nicht von Ntrk3) in NeuroD2/6 deficienten embryonen verhindert die
Wiederherstellung der callosalen Axogenese. Die impliziert, dass Ntrk2 ein
cis-interagierender Co-Rezeptor für den reverse EfnA4 Signalweg seien könnte.
Das Zusammenspiel von EfnA4 und Ntrk2 moduliert intrazellular den PI3K-Akt
Sinalweg in vitro und in vivo. Weiterhin zeige ich, dass die Mutation der Shc
Bindedomäne (aber nicht der PLCγ1 Bindedomände) von Ntrk2 mit der
Wiederherstellung des callosalen Axonwachtums in NeuroD2/6 defizienten
Embryonen interferiert. Unter Berücksichtigung der Expressionsmuster von Eph-
Rezeptoren in der medialen Kortikalplatte und Ventrikularzone und der
Interaktion von Eph-Rezeptoren mit EfnA4-Ntrk2 Komplexen in trans, schlage ich
als Modell vor, dass die trans-Interaktion von Eph-Rezeptoren mit EfnA4-Ntrk2
Komplexen zur Axonalen Repulsion führt und dass die Abwesenheit von Eph-
Rezeptoren in der Intermediärzone des medialen Kortex einen permissiven Kanal
für die Entstehung des Corpus Callosum bildet. In weiteren Experimenten konnte
ich zeigen, dass NeuroD2/6 auf zell-intrinsische und zell-extrinsische Weise
die Differenzierung von Tbr2-positiven und Olig2-positiven Vorläuferzellen
beeinflussen können. Die zugrundelegenden Mechanismen müssen allerdings noch
identifiziert werden.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
corpus callosum
dc.subject
neuronal differentiation
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
NeuroD family transcription factors regulate corpus callosum formation and
cell differentiation during cerebral cortical development
dc.contributor.contact
kuo.yan@charite.de
dc.contributor.contact
kyan423@hotmail.com
dc.contributor.firstReferee
N.N.
dc.contributor.furtherReferee
N.N.
dc.date.accepted
2016-06-05
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000101963-9
dc.title.translated
Die Transkriptionsfaktoren der NeuroD-Familie steuern die Entstehung des
Corpus Callosum und die zelluläre Differenzierung während der Entwicklung des
zerebralen Kortex
de
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000101963
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000019149
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access