Adult neurogenesis in the orexin/ataxin-3 mouse

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.