Adulte Neurogenese bezeichnet die Neubildung von Nervenzellen im erwachsenen Gehirn. Dies findet in zwei Bereichen des Cerebrums statt: im Bulbus olfactorius und im Gyrus dentatus des Hippocampus. Die meisten bisherigen Studien beschäftigten sich mit zwei Schlüsselereignissen der adulten Neurogenese: die Proliferation der Stammzellen und die Zahl der neu entstandenen reifen Zellen (Körnerzellen) vier Wochen nach der Zellteilung. In der hier vorliegenden Studie wurde das Expressionsmuster unterschiedlicher Proteine (insbesondere calciumbindender Proteine) benutzt, um verschiedene Entwicklungsstadien adulter Neurogenese im Hippocampus der Maus zu charakterisieren. Proliferierende Zellen wurden mittels Injektion des Thymidin-Analogons BrdU und anschließender immunhistochemischer Bearbeitung mit spezifischen Antikörpern in vivo sichtbar gemacht und sowohl qualitativ als auch quantitativ untersucht. Es wurde die Expression drei verschiedener calciumbindender Proteine (Calbindin, Calretinin und Parvalbumin) in den Vorläuferzellen zu verschiedenen Zeitpunkten (1 Tag, 3 Tage, 7 Tage, 2,5 Wochen und 4 Wochen) nach der BrdU-Applikation analysiert. Wir fanden keine BrdU-markierten Zellen, die Parvalbumin exprimierten. Reife Körnerzellen exprimieren Calbindin frühestens drei bis vier Wochen nach der initialen Zellteilung, in der das BrdU aufgenommen wurde. Interessanterweise gab es aber auch BrdU-markierte Zellen, die Calretinin (CR) exprimierten, obwohl Calretinin bislang in dieser Hirnregion nur als Marker von Interneuronen bekannt war. Die CR-Expression begann bereits ein bis drei Tage nach der initialen Zellteilung der Vorläuferzellen, erreichte ein Maximum (75% der BrdU-markierten Zellen) eine Woche nach der BrdU-Applikation und verschwand vier bis sechs Wochen später in den inzwischen reifen Neuronen. Somit handelt es sich bei CR um ein relativ spezifisches transientes Genprodukt neu entstandener unreifer Neurone. Durch den Ausschluss der Kolokalisation interneuronspezifischer Marker wie GABA und dem GABA-A1-Rezeptor in den CR /BrdU-doppelmarkierten Zellen, konnte ausgeschlossen werden, dass es sich um neue Interneurone handelte. Die Expression des körnerzellspezifischen Markers Prox-1 und des exzitatorischen Neurotransmittertransporters EAAT bewiesen hingegen, dass es sich bei diesen Zellen um neu entstandene exzitatorische Körnerzellen handelt. Mit Hilfe des Proliferationsmarkers Ki-67 konnte gezeigt werden, dass die transiente Expression Calretinins in den unreifen Körnerzellen auf das postmitotische Entwicklungsstadium beschränkt ist: CR- positive Zellen waren stets Ki-67-negativ. Stimuli der adulten Neurogenese haben einen proliferationssteigernden Effekt (körperliche Aktivität, durch Kainat induzierte epileptische Anfälle) oder einen positiven Effekt auf das Überleben der neuronalen Vorläuferzellen (reizreiche Lebensumgebung: enriched environment ). Während die proliferationssteigernden Stimuli zu einer Erhöhung der Anzahl CR-positiver Zellen im Gyrus dentatus führten, kam es zu keiner signifikanten Steigerung der CR-positiven Zellen bei der enriched- environment-Gruppe (Obwohl auch bei dieser Gruppe nach 4 Wochen mehr neue Nervenzellen nachzuweisen waren). Diese Daten lassen darauf schließen, dass der überlebenssichernde Effekt, der bei diesem Versuchsaufbau auftritt, die Vorläuferzellen beeinflusst, die sich im späten CR-Stadium befinden. Zusammenfassend erbrachte diese Arbeit folgende neue Erkenntnisse: Unreife Körnerzellen exprimieren im postmitotischen Stadium ihrer Differenzierung transient CR. Nach abgeschlossener Entwicklung wechseln Körnerzellen ihr calciumbindendes Protein von CR zu Calbindin. Die Zahl CR exprimierender Zellen im Gyrus dentatus spiegelt das Maß der dort stattfindenden Neurogenese wieder. Die unterschiedliche Ausprägung der Erhöhung der Anzahl CR-positiver Zellen nach Stimulation der adulten Neurogenese, kann Aufschluss darüber geben, ob frühe prae- oder späte postmitotische Zellen durch den Stimulus beeinflusst werden.
It is well accepted that in the hippocampus new neurons are generated throughout life. In most studies to date, adult hippocampal neurogenesis has been investigated by assessing two key events: the proliferation of the progenitor cells in the dentate gyrus and the survival of the progeny and expression of neuronal markers about 4 weeks later. Much less is known about the period of neuronal development in between. New born granule cells express several proteins during their development in the adult hippocampus. In our studies we try to investigate whether different developmental stages can be identified by the expression of different calcium binding proteins. We here show that the early postmitotic stage of granule cell development during adult hippocampal neurogenesis is characterized by the transient expression of calretinin (CR, a calcium binding protein). CR expression was detected as early as 1 day after labeling dividing cells with bromodesoxyuridine (BrdU), but not before. Staining for Ki-67 confirmed that no CR-expressing cells were in cell cycle. Early after BrdU, CR colocalized with immature neuronal marker doublecortin; and later with persisting neuronal marker NeuN. BrdU/CR-labeled cells were negative for GABA and GABA-A1 receptor, but early on expressed granule cell marker Prox-1. After 6 weeks, no new neurons expressed CR, but all contained calbindin, the calcium binding protein of mature granule cells. Stimuli inducing adult neurogenesis have strong effects on cell proliferation (voluntary wheel running and kainat induced seizures) and/or a survival promoting effect on the progenitor cells (enriched environment). In the first two models (physical activity and seizures) the induction of cell proliferation was paralleled by an increase of CR-positive cells, whereas the enriched environment shows only a low but not significant increase in the number of CR-positive cells in the granule cell layer, indicating that the survival promoting effect of the enriched environment affects the new born cells during the late CR-stage. In summary this study yields the following new findings: In the adult hippocampus CR is transiently expressed by new born granule cells CR-Expression defines the postmitotic step of neuronal development during adult neurogenesis During development new born granule cells change their calcium binding protein from CR to Calbindin Stimuli of adult neurogenesis have different effects on the number of CR- positive cells due to the differing precursor cell stages that are influenced by the stimuli (Brandt et al., 2003; Mol. Cell. Neurosci. 24, 603 613)
