TY - JOUR A1 - Ohlebusch, Barbara A1 - Borst, Angela A1 - Frankenbach, Tina A1 - Klopocki, Eva A1 - Jakob, Franz A1 - Liedtke, Daniel A1 - Graser, Stephanie T1 - Investigation of alpl expression and Tnap-activity in zebrafish implies conserved functions during skeletal and neuronal development JF - Scientific Reports N2 - Hypophosphatasia (HPP) is a rare genetic disease with diverse symptoms and a heterogeneous severity of onset with underlying mutations in the ALPL gene encoding the ectoenzyme Tissue-nonspecific alkaline phosphatase (TNAP). Considering the establishment of zebrafish (Danio rerio) as a new model organism for HPP, the aim of the study was the spatial and temporal analysis of alpl expression in embryos and adult brains. Additionally, we determined functional consequences of Tnap inhibition on neural and skeletal development in zebrafish. We show that expression of alpl is present during embryonic stages and in adult neuronal tissues. Analyses of enzyme function reveal zones of pronounced Tnap-activity within the telencephalon and the mesencephalon. Treatment of zebrafish embryos with chemical Tnap inhibitors followed by axonal and cartilage/mineralized tissue staining imply functional consequences of Tnap deficiency on neuronal and skeletal development. Based on the results from neuronal and skeletal tissue analyses, which demonstrate an evolutionary conserved role of this enzyme, we consider zebrafish as a promising species for modeling HPP in order to discover new potential therapy strategies in the long-term. KW - nonspecific alkaline-phosphae KW - in situ hybridization KW - hypophosphatasia KW - promotes KW - model KW - neurotransmission KW - differentiation KW - mineraliztion KW - metabolism KW - vertebrate Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-230024 VL - 10 ER - TY - JOUR A1 - Weber, Thomas A1 - Schmidt, Erwin A1 - Scheer, Ulrich T1 - Mapping of transcription units on Xenopus laevis lampbrush chromosomes by in situ hybridization with biotin-labeled cDNA probes N2 - A non-radioactive in situ hybridization method is described for the localization of transcription units of defined genes to lateral loops of Xenopus laevis lampbrush chromosomes. Two Xenopus cONA probes were used encoding the nucleolar protein N038/ B23 and cytokeratin 1(8). Both proteins are known to be synthesized in Xenopus oocytes, and Northern blot analysis revealed the presence of the corresponding mRNAs in different oogenic stages. The probes were enzymatically labeled with biotin-dCTP and hybridized to lampbrush chromosomes. The sites of hybridization were detected either by indirect immunofluorescence microscopy using rabbit antibodies against biotin and fluorescein-conjugated antirabbit IgG or enzymatically using peroxidase-conjugated streptavi din. The probe encoding the nucleolar protein hybridized to two sets of lateral loops on different bivalents, the cytokeratin probe to at least four. Our finding that each probe hybridized to more than one chromosomal locus may reflect the tetraploid nature of the Xenopus laevis genome or results from cross-hybridization to other transcriptionally active members of the N038/ B23-nucleoplasmin or the cytokeratin-Iamin gene families. The method described should facilitate further in situ hybridization studies with appropriate genomic clones in order to map specific DNA sequences to defined loop regions and to come to a better understanding of the relationship between loop organization and gene transcription unit. KW - Cytologie KW - Lampbrush chromosomes KW - in situ hybridization KW - transcription units KW - Xenopus oocytes Y1 - 1989 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-40763 ER - TY - THES A1 - Hein, Charlotte Barbara T1 - Expression der Glutamattransporter GLT1 und GLAST im Gyrus dentatus der Ratte nach Läsion der Regio entorhinalis T1 - Glutamate transporter expression in astrocytes of the rat dentate gyrus following lesion of the entorhinal cortex N2 - Die hochaffine Glutamataufnahme in Neurone und Gliazellen des ZNS, die von unterschiedlichen Transportern vermittelt wird, spielt eine wichtige Rolle für die Entfernung des Neurotransmitters Glutamat aus dem Extrazellularraum. Die Glutamataufnahme ist notwendig, um das Transmittersignal zu beenden und eine rezeptorvermittelte Übererregung von Neuronen zu verhindern (siehe Kanai et al., 1993). In den vergangenen Jahren wurden die cDNAs von fünf unterschiedlichen Subtypen von Glutamattransportern kloniert: GLT1 oder EAAT2 (Pines et al., 1992), GLAST oder EAAT1 (Storck et al., 1992), EAAC1 oder EAAT3 (Kanai & Hedinger, 1992), EAAT4 (Fairman et al., 1995) und EAAT5 (Arriza et al., 1997). GLT1, GLAST und EAAC1 werden im gesamten ZNS exprimiert (Kanai & Hedinger, 1992; Pines et al., 1992; Storck et al., 1992; Rothstein et al., 1994; Torp et al., 1994, 1997; Chaudry et al., 1995; Lehre et al., 1995; Schmitt et al., 1996, 1997; Velaz-Faircloth et al., 1996; Berger & Hediger, 1998). EAAT4 bzw. EAAT5 scheinen jedoch vorwiegend auf das Kleinhirn (Fairman et al., 1995; Furuta et al., 1997; Dehnes et al., 1998) bzw. die Retina (Arriza et al., 1997) beschränkt zu sein. In vivo antisense Methoden zeigten, dass vor allem die Glutamattransporter GLT1 (Glutamattransporter 1) und GLAST (Glutamat/Aspartat-Transporter) für die Niedrighaltung der extrazellulären Glutamat-Konzentrationenen zuständig sind (Rothstein et al., 1996). Bestätigt wurden diese Ergebnisse durch Untersuchungen an Mäusen, bei denen GLT1 gentechnisch ausgeschaltet wurde. Diese Tiere weisen erhöhte Glutamatkonzentrationen im Gehirn, tödliche Krampfanfälle und neuronale Degeneration im Hippocampus (CA1) auf (Tanaka et al., 1997). Untersuchungen über die zelluläre Expression von GLT1 und GLAST bei adulten Tieren zeigten, dass beide Transporter fast ausschließlich in Astrozyten und Bergmanngliazellen lokalisiert sind (GLT1: Danbolt et al., 1992; Levy et al., 1993; Rothstein et al., 1994; Lehre et al., 1995; Schmitt et al., 1996; Milton et al., 1997; GLAST: Lehre et al., 1995; Chaudry et al., 1995; Schmitt et al., 1997). Studien über die regionale Verteilung von GLT1 und GLAST im ZNS der Ratte ergaben, dass beide Transporter stark im Hippocampus exprimiert werden. Die Transporterproteine sind hier vor allem in Astrozyten von Stratum lacunosum-moleculare des Ammonshorns (CA) und Stratum moleculare des Gyrus dentatus lokalisiert (Schmitt et al., 1996, 1997). In diesen Schichten endet der glutamaterge Tractus perforans (Ottersen & Storm-Mathisen, 1989) (Abb. 1). Dieser entspringt im entorhinalen Cortex und gelangt von dort zum ipsilateralen Hippocampus (bis zu 95% der Fasern) (Raisman et al., 1965; Nafstad, 1967; Hjorth-Simonsen & Jeune, 1972; Scheff, 1989). In den äußeren zwei Dritteln des Stratum moleculare des Gyrus dentatus werden 85-90% aller Synapsen von den Fasern des Tractus perforans gebildet (Scheff, 1989). Aus diesem Grund kann diese Region als überwiegend glutamaterges Terminationsfeld angesehen werden. N2 - The glutamate transporter GLT1 and GLAST localized in astrocytes are essential in limiting transmitter signaling and restricting harmful receptor overstimulation. To show changes in the expression of both transporters following lesion of the entorhinal cortex (and degeneration of the glutamatergic tractus perforans), quantitative microscopic in situ hybridization (ISH) using alkaline-phosphatase-labelled oligonucleotide probes was applied to the outer molecular layer of the hippocampal dentate gyrus of rats (termination field of the tractus perforans). Four groups of rats were studied: sham-operated controls, and animals 3, 14 and 60 days following unilateral electrolytic lesion of the entorhinal cortex. The postlesional shrinkage of the terminal field of the perforant path, ipsilateral to the lesion side, was determined and considered in the evaluation of quantitative ISH data. Statistical analysis revealed that ipsilateral to he lesion side there was a significant decrease of the GLT1-mRNA at every postlesional time-point and of the GLAST-mRNA at 14 and 60 days postlesion. The maximal decrease was ~45% for GLT1 and ~35% for GLAST. In the terminal field of the perforant path contralateral to the lesion side, no significant changes of ISH labelling were measured. The results were complemented by immuncytochemical data achieved using antibodies against synthetic GLT1 and GLAST peptides. In accordance with ISH results, there was an obvious decrease of GLT1 and GLAST immunostaining in the terminal field of the perforant path ipsilateral to the lesion side. From these data we conclude, following a lesioning of the entorhinal cortex, the loss of glutamatergic synapses in the terminal field of the perforant path resulted in a strong downregulation of glutamate trasnporters in astrocytes. The decrease of synaptically released glutamate or of other neuronal factors could be involved in this downregulation. KW - GLT1 KW - GLAST KW - Glutamat KW - in situ Hybridisierung KW - Immunzytochemie KW - GLT1 KW - GLAST KW - glutamate KW - in situ hybridization KW - immuncytochemistry Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-3978 ER - TY - THES A1 - Schleyer, Verena T1 - Expression der Glutamattransporter GLT1 und GLAST im Hippocampus der Ratte während der postnatalen Ontogenese T1 - Epression of glutamate transporters GLT1 and GLAST in the hippocampus of rat brain during postnatal development N2 - Glutamat spielt in der Entwicklung des ZNS eine besondere Rolle (z.B. Steuerung der Migration von Proneuronen, Einfluß auf die Ausbildung von Synapsen und Differenzierung von Pyramidenzelldendriten und Proliferation glialer Vorläuferzellen). Durch Regulation der extrazellulären Glutamatkonzentration kommt den Glutamattransportern dabei eine besondere Bedeutung zu. Ziel der vorliegenden Arbeit war deshalb, die postnatale zelluläre und regionale Expression der Glutamattransporter GLT1 und GLAST im Hippocampus der Ratte zu untersuchen, um Rückschlüsse auf ihre Funktion während der postnatalen Ontogenese (Postnataltag 1-60, P1-60) zu ziehen. Dazu wurde nichtradioaktive In-situ-Hybridisierung (ISH) mit Digoxigenin-markierten cRNA-Sonden eingesetzt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass beide Transporter vor allem in Gliazellen (besonders Astroblasten/Astrozyten) nachweisbar sind und dass die Expression von GLT1 und GLAST während der Ontogenese der Ratte im Hippocampus unterschiedlich erfolgt. Aus unseren Ergebnissen kann geschlossen werden, dass GLAST und GLT1 eine unterschiedliche Bedeutung während der Ausbildung der hippocampalen Verbindungen haben dürften. Der trisynaptische hippocampale Verbindungsweg entwickelt sich hauptsächlich in der ersten postnatalen Woche. Während dieser Zeit verlagert sich die exzitatorische Funktion in Hippocampusneuronen von GABA auf Glutamat. Diese Transmitterumstellung korreliert zeitlich mit der deutlichen Zunahme der GLT1-Expression im Hippocampus, was auf eine entscheidende Rolle von GLT1 bei der Bildung hippocampaler Verbindungen durch Regulation der extrazellulären Glutamatkonzentration hinweist. Demgegenüber ist kein offensichtlicher Zusammenhang zwischen GLAST-Expression und Transmitterumstellung zu erkennen. Wie in adulten Stadien kommt dem Transporter unter physiologischen Bedingungen auch in der Ontogenese wohl vor allem eine Reservefunktion zu. N2 - Glutamate plays a critical role in brain development (e.g. influence on migration of proneurons, formation of synapses, differentiation of pyramidal cells and proliferation of glial precursor cells).Via regulation of extracellular glutamate concentrations glutamate transporters are substancially involved in this process. To characterize their function in postnatal development, postnatal cellular and regional expression of the glutamate transporters GLT1 and GLAST were examined by non-radioactive in situ hybridization with digoxigenin-marked cRNA-probes. Our results show that both transporters are mainly expressed in glial cells (astroblasts/astrocytes) and that GLT1 and GLAST exhibit distinct expression in postnatal development of rat hippocampus. This indicates that GLAST and GLT1 play different roles in the formation of hippocampal connections. The trisynaptic hippocampal circuit mainly develops in the first postnatal week. During this time excitatory function in hippocampal neurons is switched over from GABA to glutamate. This transmitter switch is closely time-related to a striking increase of GLT1-expression in hippocampus, pointing out to a pivotal role of GLT1 in the formation of hippocampal connections via regulation of extracellular glutamate concentration. Opposite to that there is no obvious relation between GLAST-expression and transmitter switch. As in adult brains, under physiological conditions this transporter may only provide additional transporter capacity. KW - Hippocampus KW - Glutamattransporter KW - In-situ-Hybridisierung KW - Ratte KW - Entwicklung KW - hippocampus KW - glutamate transporters KW - development KW - rat KW - in situ hybridization Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-3707 ER - TY - THES A1 - Leimeister, Cornelia T1 - Identifizierung und Charakterisierung von Genen für die Entwicklung der Nieren und des Urogenitalsystems T1 - Identification and characterization of genes involved in development of the kidney and the urogenital system N2 - Das Studium der Nierenentwicklung gibt Einblicke in generelle entwicklungsbiologische Prozesse wie induktive Wechselwirkungen, mesenchymale Kondensation, mesenchymale-epitheliale Umformung, Determinierung von Zellschicksal sowie Differenzierung und damit auch in die Entstehung congenitaler Fehlbildungen. Nach Induktion durch die Ureterknospe entstehen aus dem metanephrogenen Mesenchym die funktionellen Einheiten der Niere - die Nephrone - und das Nierenstroma. Diesen morphogenetischen Prozessen liegen komplexe regulatorische Veränderungen in der Genexpression zugrunde, die bislang nicht im Detail aufgeklärt sind. Ziel dieser Arbeit war deshalb die Identifizierung bekannter und insbesondere neuer Gene, die durch Induktion im metanephrogenen Mesenchym reguliert werden. Mit Hilfe der ddPCR und Transfilter-Organkulturen wurde die Genexpression von induziertem versus nicht-induziertem Mesenchym aus Mäuse-Nierenanlagen untersucht. Einzelne Kandidaten wurden auf differenzielle Expression durch Northern Blot Analyse überprüft und für die weitere Charakterisierung ausgewählt. Als eines der bekannten Gene wurde sFRP2 als im metanephrogenen Mesenchym induziert bestätigt und durch in situ Hybridisierung ganzer Mäuseembryonen und Paraffinschnitte näher untersucht. Es zeigt eine spezifische und dynamische Expression während der Entwicklung der Niere und anderer Gewebe, die mit den Expressionsmustern von sFRP1 und sFRP4 verglichen wurde. Die detailierte Genexpressionsanalyse der sFRP-Familie in der murinen Embryonalentwicklung sollte als Grundlage für funktionelle Studien dieser erst kürzlich entdeckten neuen Genfamilie dienen. Erste Untersuchungen der ddPCR-Produkte C0-5, J6-3 und M2-4 zeigten, daß es sich um neue Gene handelt, die unterschiedliche Expressionsmuster in der Niere zeigen. Während C0-5 dynamisch in Epithelzellen von Ureter und Nephronvorläufern exprimiert ist, markiert J6-3 Stromazellen und M2-4 ist bereits im kondensierenden Mesenchym, später aber auch in den epithelialen Derivaten nachweisbar. Die Isolierung und Analyse der dem C0-5-ddPCR-Fragment entsprechenden cDNA zeigte, daß sie für ein kollagenartiges Protein codiert, welches beim Menschen in der Nähe des EWS-Gens auf Chromosom 22q12 liegt. Darüber hinaus wurde eine neue zu hairy und dem E(spl)-Komplex verwandte Genfamile identifiziert. Aufgrund ihrer Verwandtschaft und einem charakteristischen YRPW-Tetrapeptid wurden sie als Hey-Gene bezeichnet für: "hairy- und E(spl)-verwandt mit YRPW-Motiv". Sie zeigen gegenüber hairy/E(spl) oder den entsprechenden Vertebraten-Homologen der Hes-Genfamilie veränderte DNA- und Protein-Bindungseigenschaften. Darüber hinaus korrelieren ihre Expressionsmuster häufig mit Genen des Delta-Notch-Signaltransduktionsweg, was auf eine Beteiligung der Hey-Gene an Zelldeterminierung und Bildung von Zellgrenzen hinweist. Diese Vermutung konnte durch die Analyse von Dll1-Knockout-Mäusen für die Somitogenese ansatzweise bestätigt werden. Die Kombination von Transfilter-Organkultur mit ddPCR erwies sich als geeignet, um transkriptionell regulierte Gene des metanephrogenen Mesenchyms zu identifizieren. Expressions- und Sequenzanalyse vor allem der neuen Gene deutet auf ihre Beteiligung an der Entwicklung der Niere und anderer Gewebe hin, die nun im Einzelnen untersucht werden muß. Mehr als 50 weitere Kandidaten für neue Gene bilden eine breite Basis zur weiteren Erforschung molekularer Grundlagen der Nierenentwicklung. N2 - Studies on kidney development provide insights into general processes of embryogenesis like inductive interactions, mesenchymal condensation, mesenchymal-epithelial interactions, cell fate determination as well as differentiation and thereby into the basis of congenital malformations. Once induced by the ureteric bud, the metanephrogenic mesenchyme gives rise to the functional units of the kidney - the nephrons - and the renal stroma. These morphogenetic processes rely on complex regulatory changes in gene expression, which to date are not understood in detail. The present thesis aimed to identify known and primarily novel genes regulated within the metanephrogenic mesenchyme upon induction. Gene expression of induced versus uninduced mesenchyme from murine kidney anlagen was compared using ddPCR together with transfilter organ culture. Several candidates were assayed for differential expression by northern blot hybridization and selected for further characterization. As one of the known genes, sFRP2 was verified to be induced within the metanephrogenic mesenchyme. In situ hybridization of whole-mount mouse embryos and paraffin sections revealed specific and dynamic expression patterns for sFRP2 as well as for the related genes sFRP1 and sFRP4 in the developing kidney and other tissues. The detailed sFRP gene expression analysis was performed to guide functional studies for this recently identified novel gene family. Preliminary investigations of the ddPCR products C0-5, J6-3 and M2-4 revealed that they are all derived from novel genes with distinct expression patterns during kidney development. While C0-5 expression dynamically switches from the ureteric bud to the nephron precursors and the collecting system, J6-3 specifies the stromal cell lineage and M2-4 is already detectable in the condensing mesenchyme with subsequent expression in epithelial derivatives. Isolation and analysis of the C0-5 cDNA resulted in the identification of a collagen-like protein in mice and humans that is located upstream of the EWS gene of the human chromosome 22q12. Additionally, a novel gene family related to hairy and the E(spl)-complex genes has been identified. Because of this relationship and a characteristic YRPW tetrapeptide they were designated as Hey genes for "hairy and E(spl) related with YRPW motif". Compared to hairy/E(spl) or the mammalian Hes proteins they show novel features of DNA-binding and protein interaction. Moreover, their expression patterns frequently correlate with those of members of the Delta-Notch signaling pathway suggesting that Hey genes may participate in this pathway in cell fate decisions and boundary formation. Analysis of Dll1 knockout mice partly confirmed this assumption for Hey1 and Hey2 during somitogenesis. This screen has shown that transfilter organ culture in combination with ddPCR is a powerful tool to identify genes regulated within the metanephrogenic mesenchyme upon induction. Expression and sequence analysis of the novel genes implies a function during development of the kidney and other tissues that can now be studied in further detail. The collection of more than 50 additional candidates for novel genes regulated during nephrogenesis provides a rich resource for future analysis of the networks governing kidney development KW - Niere KW - Entwicklung KW - Molekulargenetik KW - Niere KW - Urogenitalsystem KW - Differential Display PCR KW - Entwicklung KW - In situ Hybridisierung KW - Somitogenese KW - Neurogenese KW - Mesenchym KW - Maus KW - Delta KW - kidney KW - urogenital system KW - differential display PCR KW - development KW - in situ hybridization KW - somitogenesis KW - neurogenesis KW - mesenchyme KW - mouse Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-1690 ER -