Publikationsserver der Universitätsbibliothek Marburg

Titel: Adult neurogenesis in the orexin/ataxin-3 mouse
Autor: Wolf, Christiane
Weitere Beteiligte: Höglinger, Günter (Prof. Dr. med)
Erscheinungsjahr: 2016
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2016/0208
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2016-02087
DOI: https://doi.org/10.17192/z2016.0208
DDC: Medizin, Gesundheit
Titel(trans.): Adulte Neurogenese in der Orexin/Ataxin-3 Maus

Dokument

Schlagwörter:
Adulte Neurogenese, orexin, Orexin, adult neurogenesis, Orexin, Adulte Neurogenese

Summary:
Introduction: The adult mammalian brain retains neural stem cells (NSCs) that continually generate new neurons within two restricted regions, the subventricular zone (SVZ) of the lateral ventricle and the subgranular zone (SGZ) of the dentate gyrus in the hippocampus (HC). This process is called adult neurogenesis. Controlled stimulation of endogenous neurogenesis might be an elegant way to treat neurodegenerative diseases. It is therefore important to understand the molecular signals, which govern the proliferation, migration, and differentiation of endogenous NSCs in the neurogenic niches. Regulatory mechanisms in the so-called neurogenic niches have already been shown by in vivo studies for various factors, including numerous neurotransmitters, and behavioral and environmental factors. However, our knowledge is still insufficient to exploit adult neurogenesis for controlled brain repair or for stimulation of its physiological function. The sleep disorder narcolepsy is considered to be a neurodegenerative disease because there is a massive progressive loss of neurons containing the neuropeptide orexin. Consequently narcoleptic patients have very low cerebrospinal fluid levels of orexin. Narcolepsy is defined as a sleep-wake disorder with REM and non-REM sleep associated symptoms existing longer than 6 months, such as daytime sleepiness, cataplexy, fractionated sleep at night and automatic behaviors. The postulated pathophysiology of human narcolepsy is mimicked very closely in a transgenic mouse model called orexin/ataxin-3 mouse, in which orexin-containing neurons are ablated progressively by specific overexpression of a truncated cytotoxic ataxin-3 gene product under the orexin-promoter. Aim: We aimed to study the possible role of the protein orexin in the regulation of adult neurogenesis in the orexin/ataxin-3 mouse. Study design: Adult neurogenesis in the SGZ, SVZ and rostral migratory stream (RMS), where the cells migrate from the SVZ to the olfactory bulb (OB), was studied by immunohistology. For the evaluation of the stem cell proliferation in SVZ and SGZ and migration in the RMS, orexin/ataxin-3 mice (n = 8) and wild type (WT) mice (n = 8) received a single intraperitoneal injection of 100 mg BrdU (bromodeoxyuridine)/kg body weight 2 hour prior to sacrifice. For the analysis of differentiation and survival of newly built cells, BrdU was administered intraperitoneally on 5 consecutive days once per day to orexin/ataxin-3 mice (n = 8) and WT mice (n = 8) and they were sacrificed 30 days after the last injection. Results: We found a significantly higher proliferation of stem/precursor cells in the orexin/ataxin-3 mice in both neurogenic regions, the SGZ and the SVZ. Also in the RMS, higher levels of newly built cells in the orexin/ataxin group were found, but these differences were not significant. We were able to demonstrate a significantly higher survival of newly built cells in the granular zone, but not for the periglomerular zone of the OB in the orexin/ataxin group. A tendency for higher survival rates could be shown for the HC of the orexin/ataxin-3 mice (not significant). By triple staining we could show that the proportion of newly born neurons relative to the total number of newly built cells in the HC was significantly higher with 90 % in the orexin-ataxin group compared to 83 % in the control group. In both the granular zone and the periglomerular zone of the OB, over 90 % of the total amount of new built cells differentiated into neurons in both groups. Also the rate of differentiation into a dopaminergic phenotype of the newly born neurons in the periglomerular zone of the OB was not significantly changed with 93 % in the orexin/ataxin-3 mice compared to 91 % in the WT mice. Conclusion: In the absence of orexin in the adult mouse brain, the proliferation of adult neural stem/precursor cells was increased, the survival rate was significantly increased in the granular zone of the OB and a consistent not significant trend was seen in the HC. The proportion of newborn neurons among all newly born cells was higher in the HC, however, no significant differences in the differentiation of newly built cells could be found in the OB. Together, these observations lead to the assumption that orexin suppresses the proliferation of adult NSC, affects the survival rate in the OB negatively and hinders the differentiation of newly built cells into neurons in the HC.

Zusammenfassung:
Einleitung: Im adulten Gehirn von Säugetieren gibt es zwei Hirnregionen, die subventrikuläre Zone (SVZ) des lateralen Ventrikels und die subgranuläre Zone (SGZ) im Gyrus dentatus des Hippocampus (HC), in denen durch Stammzellteilung ständig neue Nervenzellen entstehen. Dies wird als adulte Neurogenese bezeichnet. Die kontrollierte Stimulation der adulten Neurogenese könnte als ein endogener Reparaturmechanismus genutzt werden um neurodegenerative Erkrankungen zu behandeln. Es ist daher wichtig molekulare Signale, welche die Proliferation, Migration und Differenzierung endogener neuronaler Stammzellen in den neurogenen Zonen beeinflussen, besser zu verstehen. Regulationseffekte der sogenannten neurogenen Nische wurden bereits für verschiedene Faktoren, v.a. für zahlreiche Neurotransmitter nachgewiesen. Allerdings ist unser Wissen noch nicht ausreichend, um die adulte Neurogenese für die Reparation von degeneriertem Nervengewebe gezielt einzusetzen. Narkolepsie gilt als eine neurodegenerative Erkrankung, die mit einem massiven Verlust von Orexinneuronen und einem stark vermindertem Orexin-Spiegel im Liquor einhergeht. Dies führt unter Anderem zu einer Störung der Schlaf-Wach-Regulation. Das hier verwendete transgene Orexin/Ataxin-3 Mausmodell kommt der vermuteten Pathophysiologie der Narkolepsie sehr nahe. Die spezifische Expression des zytotoxischen Ataxin-3 Genprodukts unter der Kontrolle des Orexin Promoters führt zu einem progredienten Untergang der orexinergen Neurone. Ziel: Ziel der Arbeit war es, den Einfluss von Orexin auf die adulte Neurogenese in dem Orexin/Ataxin-3 Mausmodell zu untersuchen. Versuchsanordnung: Die adulte Neurogenese wurde im Bulbus olfactorius (OB), dem rostralen migratorischen Strom (RMS), in der SVZ und im HC immunhistologisch untersucht. Für die Untersuchung der Stammzellproliferation in der SGZ und SVZ und der Migration im RMS erhielten gesunde Wildtyp Mäuse und Orexin/Ataxin-3 Mäuse (n=8 pro Gruppe) einmalig eine intraperitoneale Injektion von 100mg BrdU (Bromodeoxyuridine)/kg Körpergewicht 2 Stunden bevor sie getötet wurden. Zur Untersuchung der Differenzierung und der Überlebensrate der neu gebildeten Zellen wurde jeder Maus BrdU als intraperitoneale Injektion an 5 aufeinander folgenden Tagen verabreicht (n=8 pro Gruppe) und die Versuchstiere wurden 30 Tage nach der letzten Injektion getötet. Ergebnisse: In den Orexin/Ataxin-3 Mäusen fanden wir eine signifikant höhere Proliferationsrate der Stammzellen in beiden neurogenen Zonen, der SGZ und der SVZ. Auch im RMS, in welchem die neu gebildeten Zellen aus der SVZ in den OB wandern, wurde eine tendenziell höhere Anzahl BrdU markierter Zellen in der Orexin/Ataxin-3 Gruppe gefunden (nicht signifikant). Zudem wurde im zweiten Versuchsteil eine tendenziell höhere Überlebensrate neu gebildeter Zellen im HC der Orexin/Ataxin-3 Mäuse sichtbar (nicht signifikant). Für die granuläre Zone des OB konnten wir dagegen eine signifikant höhere Überlebensrate in der Orexin/Ataxin-3 Gruppe zeigen. In der periglomerulären Zone des OB fanden wir keinen Unterschied in der Überlebensrate. Der Einfluss der Orexin-Defizienz auf die Differenzierung der Neurone wurde durch eine Fluoreszenz-markierte Dreifachfärbung untersucht. Hier konnten wir zeigen, dass die neuronale Differenzierung der neugeborenen Zellen im HC mit 90 % in der Orexin/Ataxin-3 Gruppe signifikant höher war als in der Kontrollgruppe mit nur 83 %. In der granulären und periglomerulären Zone des OB konnte kein signifikanter Unterschied in der neuronalen Differenzierungsrate gefunden werden (jeweils > 90 %). Die dopaminerge Differenzierungsrate in der periglomerulären Zone des OB zeigte sich mit 93 % in der Orexin/Ataxin-3 Gruppe gegenüber 91 % bei den Wildtyp-Mäusen ebenso nicht signifikant erhöht. Interpretation: Hieraus kann geschlossen werden, dass im adulten Mäusegehirn in der Abwesenheit von Orexin die Proliferation der adulten neuronalen Stammzellen in der SVZ und SGZ gesteigert war. Zudem war die Überlebensrate der neugeborenen Zellen in der granulären Zone des OB signifikant erhöht. Im HC konnte dagegen kein signifikanter Unterschied in der Überlebensrate gezeigt werden. Für die neuronale Differenzierung konnte ein signifikanter Unterschied für den HC, nicht jedoch für den OB nachgewiesen werden. Die Ergebnisse führen zu der Annahme, dass Orexin die Proliferation der adulten neuronalen Stammzellen unterdrückt, sich auf die Überlebensrate der neu gebildeten Zellen im OB negativ auswirkt und die neuronale Differenzierung im HC erschwert.


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