TY  - THES
A1  - Pasedag, Saskia Maria
T1  - Differenzielle Wirkungen neurotropher Faktoren auf das Axon-und Dendritenwachstum von Motoneuronen
T1  - Differential effects of neurotrophic factors on axonal and dendritic growth of motoneurons
N2  - In der vorliegenden Dissertation wurde die subzelluläre Lokalisation der Rezeptoren für die neurotrophen Faktoren BDNF, CNTF und GDNF in primären embryonalen und adulten Motoneuronen erstmalig genau charakterisiert. Die Rezeptoruntereinheiten des BDNF und CNTF Rezeptors, TrkB, p-TrkB, gp130 und p-Stat3, sind im Perikaryon, in Dendriten, im Axon und an den Axonterminalen bzw. Wachstumskegeln von Motoneuronen lokalisiert. Dabei sind die nativen Formen (TrkB, gp130) im Axon überwiegend membranständig, die aktivierten Formen (p-TrkB, p-Stat3) überwiegend im Inneren des Axons lokalisiert. Demgegenüber sind die Rezeptoruntereinheiten des GDNF Rezeptors, Ret und p-Ret, besonders stark in den Dendriten exprimiert. Auch im Perikaryon und an der neuromuskulären Endplatte sind Ret und p-Ret lokalisiert, nicht jedoch im Axon. Im zweiten Teil der Arbeit wurde das durch neurotrophe Faktoren bedingte Neuritenwachstum genau quantifiziert. Dabei wurde zwischen einer Stimulation des Axon- bzw. des Dendritenwachstums differenziert. Die mit GDNF behandelten Dendriten werden etwa doppelt so lang wie die Dendriten, der mit BDNF oder CNTF behandelten Motoneurone. GDNF ist somit ein potenter Stimulator des Dendritenwachstums bei isolierten primären Motoneuronen. Dieser Befund korreliert gut mit der starken Expression von Ret und p-Ret in den Dendriten. Des Weiteren wurde eine Analyse der Interaktion der neurotrophen Faktoren mit dem glutamatergen AMPA Rezeptor in Hinblick auf das Neuritenwachstum durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass die Interaktion zwischen neurotrophen Faktoren und dem AMPA Rezeptor besonders für das Dendritenwachstum von Bedeutung ist. Die klinische Bedeutung neurotropher Faktoren und deren Rezeptoren wird im dritten Teil der Arbeit dargestellt. Die pmn Maus ist ein Mausmodell für humane degenerative Erkrankungen des Motoneurons, wie der ALS und der SMA. Pmn Motoneurone, die mit BDNF oder GDNF kultiviert werden, weisen den charakteristischen axonalen Wachstumsdefekt der pmn Motoneurone auf und werden nur etwa halb so lang wie gesunde Kontrollmotoneurone. Bemerkenswerterweise führt die Behandlung der pmn Motoneurone mit CNTF zu einer kompletten Remission des axonalen Wachstumsdefekts, so dass die Axone eine normale Axonlänge erreichen. Auch die Anzahl der pathologischen axonalen Schwellungen werden in vitro durch CNTF stark reduziert. CNTF scheint demnach der interessanteste neurotrophe Faktor für eine Behandlung degenerativer Motoneuronerkrankungen zu sein.
N2  - Neurotrophins are important factors for many different functions of motoneurons, such as survival, neurite growth, as well as neuromuscular signalling. Neurotrophin receptors are therefore thought to be differently distributed in dendrites and axons. However, their precise localization and regulation in motoneurons were not well defined. This thesis characterized the exact subcellular localisation of the BDNF, CNTF and GDNF receptor subunits on adult and embryonic motoneurons. The BDNF und CNTF receptor subunits, gp130 and p-Stat3, are located in the perikaryon, in dendrites, in the axon as well as the growth cones and neuromuscular junctions of motoneurons. Immunofluorescent staining for the native forms (TrkB, gp130) is mainly found close to the membrane of the axon. In contrast, the activated forms (p-TrkB, p-Stat3) are mainly located inside the axon. GDNF receptor subunits Ret and p-Ret are highly expressed in the dendrites of motoneurons. In addition, Ret and p-Ret are also located in the perikaryon as well as the neuromuscular junction. Moreover, neurite outgrowth stimulated by neurotrophic factors was analyzed, differentiating axonal and dendritic growth. Primary motoneurons treated with GDNF grew dendrites which were twice as long as dendrites treated with BDNF or CNTF. Thus, GDNF is an important and potent stimulator of dendrite outgrowth in isolated primary motoneurons. This finding correlates well with the high expression of Ret and p-Ret in dendrites. On the other hand BDNF, CNTF and GDNF had equally potent effects on stimulating axonal growth. This thesis also characterized the interactions of neurotrophic factors with AMPA receptors regarding effects on neurite outgrowth. Interestingly, this interaction seems to be of greater importance for dendritic growth rather than axonal growth. The pmn mouse is a mouse model for neurodegenerative diseases of motoneurons, such as amyotrophic lateral sclerosis and spinal muscular atrophy. Pmn Motoneurons, which were cultured in presence of BDNF or GDNF, displayed the characteristic axonal growth deficiency as well as typical axonal swellings. The axon of these motoneurons reached only half the length of healthy control motoneurons. Surprisingly, treatment with CNTF rescued the pmn phenotype as the axons grew to the lengths of healthy control motoneurons. CNTF treatment also significantly reduced the number of pathological axonal swellings in vitro. Therefore CNTF seems to be the most promising therapeutic neurotrophic factor for treatment of neurodegenerative diseases of the motoneuron.
KW  - BDNF
KW  - CNTF
KW  - GDNF
KW  - Motoneuron
KW  - pmn
KW  - CNTF
KW  - BNDF
KW  - GDNF
KW  - Neuritenwachstum
KW  - neurotrophic
KW  - neurite
KW  - AMPA
KW  - axon
KW  - dendrite
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-29473
ER  - 
TY  - THES
A1  - Langenhan, Tobias
T1  - Ciliary neurotrophic factor (CNTF) im olfaktorischen System von Ratten und Mäusen
T1  - Ciliary neurotrophic factor (CNTF) in the olfactory system of rats and mice
N2  - Das olfaktorische System ist aufgrund seiner lebenslangen regenerativen Kapazität, seines Reichtums an neurotrophen Faktoren und der relativ guten Zugänglichkeit für Manipulationen ein attraktiver Gegenstand neurobiologischer Forschung. In der vorliegenden Arbeit wurde die Lokalisation und mögliche Funktion des ziliären neurotrophen Faktors (CNTF) in der primären Geruchsbahn mit Hilfe immunhistochemischer Methoden untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die CNTF-Ir bei Ratten und Mäusen in den olfaktorischen Gliazellen (Ensheathingzellen) lokalisiert ist. Elektronenmikroskopische Aufnahmen belegten ein zytoplasmatisches und nukleäres Vorkommen der CNTF-Ir innerhalb der EC. Ein neues und überraschendes Ergebnis der Arbeit ist, dass CNTF in individuellen olfaktorischen Neuronen vorkommt. Bislang wurde CNTF lediglich in Gliazellen des zentralen und peripheren Nervensystems nachgewiesen. Die weitere Charakterisierung der epithelialen CNTF-ir Neurone kennzeichnete diese als reife olfaktorische Nervenzellen. Die CNTF-Ir war mit dem olfaktorischen Markerprotein (OMP) kolokalisiert, einem Marker ausschließlich reifer ON und wies keine Kolokalisation mit dem Growth associated protein 43 (GAP-43) auf, dessen Expression unreife Riechsinneszellen kennzeichnet. CNTF könnte einerseits an lebenslang fortwährenden De- und/oder Regenerationsvorgängen des olfaktorischen Epithels beteiligt sein. Die Exposition der Riechschleimhaut gegenüber infektiösen, physikalischen und chemischen Noxen bedingt den ständigen Verlust olfaktorischer Neurone und deren lebenslange Regeneration aus neuronalen Vorläuferzellen im olfaktorischen Epithel. Die Zellkerne CNTF-ir ON wiesen in der Mehrzahl keine degenerativen Veränderungen wie Kondensierung und Fragmentierung auf, wie es bei geschädigten und untergehenden Zellen beobachtet wird. Im olfaktorischen Epithel zeigte sich des weiteren keine neuronale Kolokalisation von CNTF mit der aktivierten Caspase-3, einem Exekutorenzym der Apoptose, wie man es bei apoptotisch degenerierenden Neuronen findet. Nach Läsionen des olfaktorischen Epithels von Mäusen, die nekrotische Zelluntergänge auslösen, konnte kein gesteigertes Vorkommen von CNTF-ir ON gezeigt werden. Eine Einbindung von CNTF in die Mechanismen neuronaler Degeneration erscheint nach den Ergebnissen verschiedener Experimente wenig wahrscheinlich. Eine zweite Erklärung für das individuelle neuronale Auftreten der CNTF-Ir bot die Annahme, dass CNTF mit der Expression olfaktorischer Rezeptorproteine vergesellschaftet sein könnte. Dreidimensionale Rekonstruktionen von Paaren von BO bei Ratten und Mäusen zeigte, dass die Axone CNTF-ir ON in Glomeruli olfactorii projizierten, die bilateralsymmetrisch in beiden BO eines Tieres lokalisiert waren. Diese Symmetrie findet man ebenfalls bei den Projektionen der ON, die das gleiche olfaktorische Rezeptorprotein exprimieren. Die Lokalisation der CNTF-ir innervierten Glomeruli war interindividuell ähnlich, ihre Anzahl wies jedoch erhebliche Unterschiede auf. Dieses Phänomen lässt sich mit Befunden vergleichen, die im Rahmen von olfaktorischen Aktivitätsstudien bei Mäusen und Ratten erhoben wurden. Dabei beobachtete man eine Erhöhung der Anzahl aktivierter Glomeruli mit steigenden Geruchsstoffkonzentrationen. Auffallend war eine deutliche Übereinstimmung des Verteilungsmusters der CNTF-ir Glomeruli mit dem in der Literatur dargestellten Verteilungsmuster von Glomeruli, die durch Uringerüche aktiviert werden. Die räumliche Rekonstruktion der BO und die Darstellung der Position der CNTF-ir innervierten Glomeruli legt demnach eine neue mögliche Funktion von CNTF im olfaktorischen System nah: dessen Einbindung in Phänomene der Aktivität olfaktorischer Nervenzellen und plastischer Prozesse, die an der ersten Synapse der Geruchsbahn stattfinden. In der vorliegenden Arbeit konnte durch die Anwendung von klassischen Methoden der anatomisch-histologischen Forschung die Lokalisation von CNTF in der primären Geruchsbahn geklärt werden. Die Befunde führten zu weiteren Hypothesen hinsichtlich seiner funktionellen Einbindung in die olfaktorische Informationsverarbeitung, denen in zukünftigen Studien nachgegangen werden wird.
N2  - The olfactory system is bestowed with a set of remarkable features that render it an intriguing object for neurobiological research. It possesses the livelong capacity to regenerate, it displays an extraordinary wealth of neurotrophic factors and it is easily accessible to experimental manipulations. The current study aimed to deliver a comprehensive description of the localization and possible function of ciliary neurotrophic factor (CNTF) in the primary olfactory pathway by means of immunohistochemical methods. It could be shown that CNTF-immunoreactivity in rats and mice was localized in olfactory glia cells (ensheathing cells); using electron microscopy it was demonstrated that CNTF-immunoreactivity occurred both in the cytoplasm and the nucleus of ensheathing cells. Additionally, it was shown that CNTF can be also found in individual olfactory sensory neurons (OSN). Thus far, CNTF was known to be localized in peripheral and central glial cells only. Further characterization of neuroepithelial CNTF-occurrence revealed that CNTF-immunoreactive OSN are mature neurons displaying colocalization with the olfactory marker protein (OMP), a distinct marker protein for mature OSN. This was in line with absent colocalization of CNTF with Growth associated protein 43 (GAP-43) immunoreactivity, a marker of maturing OSN. CNTF could be implicated in the ongoing processes and neurode- and regeneration that take place in the olfactory epithelium. The olfactory mucosa is constantly exposed to the outer environment including noxious substances such as infectious agents, and extreme physical or chemical conditions. Hence, a permanent loss of OSN occurs which is counterbalanced with constant regeneration of neurons from neural precursor cells residing in the epithelium. Nuclei of CNTF-immunoreactive OSN did not display degenerative signs such as condensation or fragmentation that mark harmed degenerating cells. In addition to that no colocalization of CNTF and the apoptotic executor enzyme activated capsase-3 could be found in the olfactory epithelium. Even after chemical lesions of the olfactory epithelium of mice that cause necrotic cell death no enhanced incidence of CNTF-immunoreactive OSN was noted. Therefore, an implication of CNTF in neuronal degenerative processes in the olfactory mucosa seems unlikely. An alternative explanation for the individual neuronal localization of CNTF-immunoreactivity relied on the assumption that CNTF could be associated with the expression of olfactory receptor proteins (ORP). Three-dimensional reconstructions of rat and mice olfactory bulb pairs demonstrated the axonal projections of CNTF-immunoreactive OSN in olfactory glomeruli, which where found to be located at bilaterally symmetrical positions. This symmetry is also notable for OSN that express the identical ORP. The localization of CNTF-immunoreactive glomeruli was interindividually similar although they substantially differed in their numbers between animals. This phenomenon is reminiscent of results from olfactory activity studies obtained from rats and mice. It was observed that an increasing number of olfactory glomeruli is recruited due to an elevation of the odour concentration that the animals was exposed to. The distribution pattern of CNTF-immunoreactive glomeruli was comparable to glomerular activity maps elicited by urine odours. Hence, the three-dimensional reconstruction of olfactory bulbs and the localization of CNTF-immunoreactive glomeruli indicate a possible role for CNTF in activity-dependent processes of OSN and in neuroplastic mechanisms that occur at the first synapse of the primary olfactory pathway. In the current dissertation the localization of CNTF in the primary olfactory pathway was untangled by means of classical anatomical-histological techniques. The results yielded further hypotheses regarding the functional relationship of CNTF with olfactory information processing, which will be followed by future investigations.
KW  - CNTF
KW  - neurotrophe Faktoren
KW  - Neuroregeneration
KW  - Olfaktion
KW  - Geruchssystem
KW  - CNTF
KW  - neurotrophic facors
KW  - neuroregeneration
KW  - olfaction
KW  - olfactory system
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-16009
ER  - 
TY  - THES
A1  - Frank, Nicolas Clemens
T1  - Lokale axonale Wirkungen der CNTF-STAT3 Signalkaskade in Motoneuronen der pmn Maus - einem Mausmodel für die Amyotrophe Lateralsklerose
T1  - Local Axonal Function of CNTF-STAT3 Signaling in Motoneurons of the pmn-Mouse – a Mouse Model for Amyotrophic Lateral Sclerosis
N2  - 1. Zusammenfassung
Während der Embryogenese und nach Verletzungen von Nerven regulieren neurotrophe Faktoren Signalwege für Apoptose, Differenzierung, Wachstum und Regeneration von Neuronen. In vivo Experimente an neugeborenen Nagern haben gezeigt, dass der Verlust von Motoneuronen nach peripherer Nervenläsion durch die Behandlung mit GDNF, BDNF, und CNTF reduziert werden kann In der pmn-Mausmutante, einem Modell für die Amyotrophe Lateralsklerose, führt die Gabe von CNTF, nicht aber von GDNF zu einem verzögerten Krankheitsbeginn und einem verlangsamten Fortschreiten der Motoneuronendegeneration. Auslöser der Motoneuronendegeneration in der pmn-Maus ist eine Mutation im Tubulin spezifischen Chaperon E (Tbce) Gen, das für eines von fünf Tubulin spezifischen Chaperonen (TBCA-TBCE) kodiert und an der Bildung von -Tubulinheterodimeren beteiligt ist. Diese Arbeit sollte dazu beitragen, die CNTF-induzierten Signalwege zu entschlüsseln, die sich lindernd auf den progredienten Verlauf der Motoneuronendegeneration in der pmn-Maus auswirken.
Primäre pmn mutierte Motoneurone zeigen ein reduziertes Axonwachstum und eine erhöhte Anzahl axonaler Schwellungen mit einer anomalen Häufung von Mitochondrien - ein frühes Erkennungsmerkmal bei ALS-Patienten. Die Applikation von CNTF nicht aber von BDNF oder GDNF, kann in vitro die beobachteten Wachstumsdefekte und das bidirektionale axonale Transportdefizit in pmn mutierten Motoneurone verhindern.
Aus älteren Untersuchungen war bekannt, dass CNTF über den dreiteiligen transmembranen Rezeptorkomplex, bestehend aus CNTFR, LIFR und gp130, Januskinasen aktiviert, die STAT3 an Tyrosin 705 phosphorylieren (pSTAT3Y705). Ich konnte beobachten, dass axonales fluoreszenzmarkiertes pSTAT3Y705 nach CNTF-Gabe nicht retrograd in den Nukleus transportiert wird. Stattdessen führt die CNTF-induzierte Phosphorylierung von STAT3 an Tyrosin 705 zu einer transkriptionsunabhängigen lokalen Reaktion im Axon. Diese pSTAT3Y705 abhängige Reaktion ist notwendig und ausreichend, um das reduzierte Axonwachstum pmn mutierter Motoneurone zu beheben. Wie die Kombination einer CNTF Behandlung mit dem shRNA vermittelten knock-down von Stathmin in pmn mutierten Motoneuronen zeigt, zielt die CNTF-STAT3 Signalkaskade auf die Stabilisierung axonaler Mikrotubuli ab und wirkt sich positiv auf die anterograde und retrograde Mobilität von axonalen Mitochondrien aus.
Interessanter Weise konnte ich außerdem feststellen, dass eine akute Gabe von CNTF das mitochondriale Membranpotential in Axonen primärer pmn mutierter und wildtypischer
Motoneurone erhöht und einen Anstieg von ATP auslöst. Meine Beobachtungen legen nahe, dass CNTF unerwarteter Weise auch eine transiente Phosphorylierung an STAT3 Serin 727 (pSTAT3S727) auslöst, die zur anschließenden Translokation von pSTAT3S727 in Mitochondrien führt. Diese Ergebnisse zeigen, dass STAT3 mehrere lokale Ziele im Axon besitzt, nämlich axonale Mikrotubuli und Mitochondrien.
N2  - 2. Summary
Both during development and after injury neurotrophic factors induce signaling pathways that regulate apoptosis, differentiation, growth and regeneration of neurons. In newborn rodents, treatment with GDNF, BDNF and CNTF can reduce the loss of motoneurons after peripheral nerve lesion. In the pmn mutant mouse, a model for amyotrophic lateral sclerosis, CNTF but not GDNF delays disease onset and slows down the course of motoneurons degeneration. Pmn mutant mice, suffer from a point mutation in tubulin specific chaperon E (Tbce) gene that codes for one of five tubulin specific chaperones (TBCA-TBCE) and is necessary for proper -tubulin heterodimer formation. The work presented here was designed to study the specific signaling pathways that are used by CNTF for attenuating progression of motoneuron degeneration in pmn mutant mice.
Primary motoneurons from pmn mutant mice show reduced axon growth and irregular axonal swellings with abnormal accumulation of mitochondria – an early hallmark of pathology in ALS patients. In vitro, CNTF but not BDNF or GDNF was able to rescue defective axon growth and to prevent bidirectional transport interruption.
It has already been shown that CNTF acts via the tripartite transmembrane receptor complex, composed of CNTFR, LIFR and gp130 to recruit Janus kinases that subsequently phosphorylate STAT3 on tyrosine 705 (pSTAT3Y705). After application of CNTF, I observed that axonal pSTAT3Y705 fused to a fluorescent tag is not retrogradely transported to the nucleus. In contrast, CNTF induced phosphorylation of STAT3 at tyrosine 705 leads to a transcriptional independent local reaction in motor axons which is necessary and sufficient to rescue axon growth in pmn mutant motoneurons. Combining CNTF treatment with shRNA mediated knock-down of Stathmin in pmn mutant motoneurons shows that CNTF-STAT3 signaling leads to microtubule stabilization in axons as well as improving anterograde and retrograde mobility of axonal mitochondria.
Interestingly, I additionally found that an acute application of CNTF increases the membrane potential of axonal mitochondria that is accompanied with a rise of ATP levels in pmn mutant and wildtype motoneurons. Unexpectedly, I found STAT3 phosphorylated on serine 727 co-localizing with mitochondria after CNTF application. These results demonstrate that multiple local targets of STAT3 exist in axons that modulate structure and function of microtubules and mitochondria.
KW  - Motoneuron
KW  - Myatrophische Lateralsklerose
KW  - CNTF
KW  - STAT3
KW  - axonaler Transport
KW  - Motoneuronenerkrankung
KW  - Maus
KW  - Ciliary neurotrophic factor
KW  - Amyotrophe Lateralsklerose
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-121065
ER  -