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Genetische Untersuchungen zur Rolle von Cytochrom C und Stat3 bei der Regulation des embryonalen Zelltods von Motoneuronen der Maus

Genetic studies on the role of Cytochrome C and Stat3 for the regulation of the cell death of embryonic mouse motoneurons

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-3732
  • Genetische Inaktivierung des somatischen Cytochrom C Gens der Maus Cytochrom C wurde als ein Interaktionspartner im Apoptosom beschrieben. Ziel dieses Projektes war es, die Rolle von Cytochrom C bei der Apoptose von Nervenzellen in vivo durch genetische Inaktivierung in der Maus zu untersuchen. Die homozygote Deletion des Cytochrom C Gens führt jedoch zu einem sehr frühen Entwicklungsdefekt: Schon am 8. Embryonaltag findet man nur noch Embryonen ohne erkennbare Körperachse. Im weiteren wurden daher heterozygote Tiere untersucht, die inGenetische Inaktivierung des somatischen Cytochrom C Gens der Maus Cytochrom C wurde als ein Interaktionspartner im Apoptosom beschrieben. Ziel dieses Projektes war es, die Rolle von Cytochrom C bei der Apoptose von Nervenzellen in vivo durch genetische Inaktivierung in der Maus zu untersuchen. Die homozygote Deletion des Cytochrom C Gens führt jedoch zu einem sehr frühen Entwicklungsdefekt: Schon am 8. Embryonaltag findet man nur noch Embryonen ohne erkennbare Körperachse. Im weiteren wurden daher heterozygote Tiere untersucht, die in bestimmten Geweben, wie Gehirn und Rückenmark, eine Reduktion der Menge von Cytochrom C aufweisen. Am ersten Tag nach der Geburt konnten keine Unterschiede zwischen Tieren mit einem oder zwei Cytochrom C Genen in Bezug die Anzahl von Motoneuronen gefunden werden. Auch nach perinataler Fazialisläsion war die Rate des Zelltods bei Tieren mit heterozygoter Deletion des Cytochrom C Gens unverändert. In vitro zeigte sich jedoch eine erhöhte Resitenz von Motoneuronen gegenüber Fas-induzierter Apoptose. Bei der Analyse der Apoptose von Thymozyten zeigte sich ein Trend, der eine kleine, aber reproduzierbare Verzögerung einer späten Zelltodphase nach UV-induzierter Apoptose nahelegt. Erste Experimente deuten außerdem auf einen Effekt der Cytochrom C Gendosis auf den Verlauf einer Experimentellen Autoimmunencephalitis (EAE) hin. Charakterisierung der NFL-Cre Maus Die zelltypspezifische Genablation mit dem Cre/loxP System umgeht einige der größten Probleme der klassischen Methode der Geninaktivierung in Mäusen, indem nur in bestimmten Geweben oder Zelltypen, eventuell sogar nur ab einem bestimmten Zeitpunkt, ein Gen gezielt ausgeschaltet werden kann. Allerdings hängt das Cre/loxP System von der Verfügbarkeit von brauchbaren Cre-transgenen Mauslinien mit entsprechenden Expressionsmustern und –kinetiken ab. Wir haben eine transgene Mauslinie etabliert und analysiert, die die Cre Rekombinase unter der Kontrolle des humanen Neurofilament-L Promotors exprimiert. Das Expressionsmuster von Cre wurde in mehreren Geweben mit RT-PCR und durch Verkreuzung mit einer Reportergenmaus untersucht. Im Gehirn wurden Cre exprimierende Zelltypen mit in-situ Hybridisierung, Immunhistochemie und wiederum mit Hilfe der Reportermaus identifiziert. Dabei zeigte sich eine spezifische Cre Expression in bestimmten Neuronpopulationen wie hippocampalen Pyramidenzellen und spinalen und cranialen Motoneuronen. Unsere NFL-Cre Maus besitzt einige Eigenschaften, die bisher publizierte Cre-Linien nicht aufweisen, so z.B.eine starke Cre Expression in hippocampalen Pyramidenzellen, aber nicht in Körnerzellen des Gyrus dentatus; Expression in cortikalen Pyramidenzellen, aber keine Expression im Striatum; Expression in zerebellären Purkinje-, aber nicht Körnerzellen; sowie die Expression in spinalen und cranialen Motoneuronen, aber nicht in angrenzenden Interneuronen. Die Rolle von Stat3 für das Überleben von Motoneuronen Die Mitglieder der CNTF/LIF/Cardiotrophin Genfamilie sind potente Überlebensfaktoren für embryonale und lädierte Motoneurone sowohl in vitro als auch in vivo. Diese Faktoren binden an Rezeptorkomplexe, die gp130 und LIFR als signaltransduzierende Komponenten enthalten. Im Gegensatz zu den Rezeptoren für andere neurotrophe Faktoren, führt die Aktivierung von gp130 und LIFR zur Phosphorylierung und Aktivierung des Transkriptionsfaktors Stat3. Es war aber zu Beginn dieser Arbeiten unklar, ob die Aktivierung von Stat3 für den Überlebenseffekt der neuropoietischen Zytokine notwendig ist. Um diese Frage zu beantworten, wurde Stat3 in Motoneuronen mit Hilfe des Cre/loxP Systems konditional inaktiviert. Stat3 ist nicht für das Überleben embryonaler Motoneurone essentiell, obwohl man in vitro eine Verschiebung der Dosis-Wirkungskurve für CNTF findet. In vivo hingegen kann kein erhöhter Zelltod von Motoneuronen nachgewiesen werden. Im Gegensatz dazu, kommt es bei adulten Tieren mit Inaktivierung von Stat3 in Motoneuronen zu einem erhöhten Zelltod nach Fazialisläsion. Diese Neurone können wiederum durch die Applikation neurotropher Faktoren, einschließlich CNTF, gerettet werden. Durch semiquantitative RT-PCR kann man zeigen, daß Stat3-regulierte Gene, deren Expression nach Nervenläsion induziert wird, in Neuronen mit Inaktivierung von Stat3 weniger stark exprimiert werden. Zu diesen Genen gehören Reg-2, ein Mitogen für Schwannzellen, das von regenerierenden Neuronen exprimiert wird, und Bcl-xL, ein Gen, welches direkt in die Apoptoseregulation eingreift. Diese Daten zeigen, daß Stat3 Aktivierung eine essentielle Rolle für das Überleben nach Läsion von postnatalen Motoneuronen spielt, aber nicht während der Embryonalentwicklung. Das bedeutet, daß die Signalwege ein und desselben neurotrophen Faktors sich während der Entwicklung und reifung des Organismus verändern können.show moreshow less
  • Genetic inactivation of the somatic cytochrome C gene in mice Cytochrome C has been described as a component of the apoptosome. It was the aim of this project to analyze the role of cytochrome C in apoptosis of neurons in vivo by genetic inactivation in mice. Mice lacking cytochrome C, however, exhibit a very early embryonic phenotype: On embryonic day 8, only highly degenerated embryos can be found which even lack a body axis. Therefore, we subsequently analyzed heterozygous animals, as they showed a gene dose-dependent reduction of cytochromeGenetic inactivation of the somatic cytochrome C gene in mice Cytochrome C has been described as a component of the apoptosome. It was the aim of this project to analyze the role of cytochrome C in apoptosis of neurons in vivo by genetic inactivation in mice. Mice lacking cytochrome C, however, exhibit a very early embryonic phenotype: On embryonic day 8, only highly degenerated embryos can be found which even lack a body axis. Therefore, we subsequently analyzed heterozygous animals, as they showed a gene dose-dependent reduction of cytochrome C protein in several tissues, including brain and spinal cord. Testing motoneuron survival after development or after facial nerve lesion, we found no significant differences between heterozygous animals and their wildtype litter mates. In vitro, however, an increased resistance toward Fas-mediated apoptosis was observed in heterozygous motoneurons. When we analyzed induced apoptosis of thymozytes, we consistently found that a late phase of cell death was delayed in cytochrome C heterozygous cells. Characterization of the Cre-transgenic NFL-Cre mouse Cell type-specific gene ablation using the Cre/loxP technology can circumvent some of the greatest problems encountered with classical gene inactivation by selective inactivation of the gene of interest in a particular tissue or cell type, possibly at a specific time point. However, the Cre/loxP technology critically depends on the availability of suitable Cre-transgenic mouse lines. We have established and characterized a transgenic mouse line that expresses Cre recombinase under control of the human neurofilament-L promoter. Cre expression was studied by RT-PCR and cross-breeding with lacZ reporter mice. Our NFL-Cre mice exhibit some unique features not shared with other available Cre transgenic mouse lines: We find high Cre expression in hippocampal pyramidal neurons while granule cells in the dentate gyrus do not express Cre. In addition, we observed widespread Cre expression in cortical neurons, but none in striatal neurons. Finally, Cre is expressed in cranial and spinal motoneurons, but not in adjacent interneurons. The role of Stat3 for the survival of motoneurons Members of the CNTF/LIF/Cardiotrophin gene family are potent survival factors for embryonic and lesioned motoneurons in vitro as well as in vivo. These factors act through receptor comlexes containing gp130 and LIFR signal transducing subunits. A particular feature of these receptors is that their activation leads to phosphorylation and activation of the transcription factor Stat3, while neurotrophin receptors do not activate Stat3. It was the aim of this project to find out whether Stat3 activation in response to CNTF binding is required for its survival effect on motoneurons. Therefore, we conditionally inactivated Stat3 in motoneurons using our NFL-Cre transgenic mice. In NFL-Cre; Stat3flox/KO mice, we find that Stat3 is not essential for motoneuron survival during the the period of naturally occurring cell death, although motoneurons from these mice require higher doses of CNTF for their survival in vitro. In contrast, motoneuron survival is significantly reduced after facial nerve lesion in adult NFL-Cre; Stat3flox/KO mice. Stat3 proved essential for upregulation of Reg-2 and Bcl-xL expression in lesioned motoneurons. These data show that Stat3 activation plays an important role for motoneuron survival after nerve lesion in postnatal life but not during embryonic development, indicating that signaling requirements for motoneuron survival change during maturation.show moreshow less

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Metadaten
Author: Ulrich Schweizer
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-3732
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Biologie
Faculties:Medizinische Fakultät / Institut für Klinische Neurobiologie
Fakultät für Biologie / Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Date of final exam:2002/10/16
Language:German
Year of Completion:2002
Source:Schweizer et al., (2002) J Cell Biol 156, 287-298 , http://www.jcb.org/
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
GND Keyword:Cytochrom c; Apoptosis; Nervenzelle
Tag:Cytochrom C; Fazialisläsion; LIFR; Motoneuron; Stat3
Cytochrome C; LIFR; Stat3; facial nerve lesion; motoneuron
Release Date:2002/11/04
Advisor:Prof. Dr. Michael Sendtner