TY  - JOUR
A1  - Lechermeier, Carina G.
A1  - Zimmer, Frederic
A1  - Lüffe, Teresa M.
A1  - Lesch, Klaus-Peter
A1  - Romanos, Marcel
A1  - Lillesaar, Christina
A1  - Drepper, Carsten
T1  - Transcript analysis of zebrafish GLUT3 genes, slc2a3a and slc2a3b, define overlapping as well as distinct expression domains in the zebrafish (Danio rerio) central nervous system
JF  - Frontiers in Molecular Neuroscience
N2  - The transport of glucose across the cell plasma membrane is vital to most mammalian cells. The glucose transporter (GLUT; also called SLC2A) family of transmembrane solute carriers is responsible for this function in vivo. GLUT proteins encompass 14 different isoforms in humans with different cell type-specific expression patterns and activities. Central to glucose utilization and delivery in the brain is the neuronally expressed GLUT3. Recent research has shown an involvement of GLUT3 genetic variation or altered expression in several different brain disorders, including Huntington’s and Alzheimer’s diseases. Furthermore, GLUT3 was identified as a potential risk gene for multiple psychiatric disorders. To study the role of GLUT3 in brain function and disease a more detailed knowledge of its expression in model organisms is needed. Zebrafish (Danio rerio) has in recent years gained popularity as a model organism for brain research and is now well-established for modeling psychiatric disorders. Here, we have analyzed the sequence of GLUT3 orthologs and identified two paralogous genes in the zebrafish, slc2a3a and slc2a3b. Interestingly, the Glut3b protein sequence contains a unique stretch of amino acids, which may be important for functional regulation. The slc2a3a transcript is detectable in the central nervous system including distinct cellular populations in telencephalon, diencephalon, mesencephalon and rhombencephalon at embryonic and larval stages. Conversely, the slc2a3b transcript shows a rather diffuse expression pattern at different embryonic stages and brain regions. Expression of slc2a3a is maintained in the adult brain and is found in the telencephalon, diencephalon, mesencephalon, cerebellum and medulla oblongata. The slc2a3b transcripts are present in overlapping as well as distinct regions compared to slc2a3a. Double in situ hybridizations were used to demonstrate that slc2a3a is expressed by some GABAergic neurons at embryonic stages. This detailed description of zebrafish slc2a3a and slc2a3b expression at developmental and adult stages paves the way for further investigations of normal GLUT3 function and its role in brain disorders.
KW  - glucose transporter
KW  - nervous system
KW  - brain disorders
KW  - psychiatric disorders
KW  - brain development
KW  - GABA
KW  - GAD1
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-201797
VL  - 12
IS  - 199
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lechermeier, Carina
T1  - Neuroanatomical and functional evaluation of ADHD candidate genes in the model organism zebrafish (\(Danio\) \(rerio\))
T1  - Neuroanatomische und funktionelle Auswertung von ADHS Kandidatengenen im Modellorganismus Zebrafisch (\(Danio\) \(rerio\))
N2  - Attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) is one of the most prevalent developmental disorders, affecting 5.9% children and adolescents and 2.5% adults worldwide. The core characteristics are age-inappropriate levels of hyperactivity, impulsivity and inattention, often accompanied by co-morbidities such as mood and conduct disorders as wells as learning deficits. In the majority of cases, ADHD is caused by an interplay of accumulated genetic and environmental risk factors. Twin studies report a very high heritability of 70–80%, however, common genetic variants in the population only explain a third of the heritability. The rest of the genetic predisposition is composed of rare copy number variations (CNVs) and gene x environment interactions including epigenetic alterations. Through genome wide association (GWAS) and linkage studies a number of likely candidate genes were identified. A handful of them play a role in dopamine or noradrenaline neurotransmitter systems, simultaneously those systems are the main targets of common drug treatment approaches. However, for the majority of candidates the biological function in relation to ADHD is unknown. It is crucial to identify those functions in order to gain a deeper understanding of the pathomechanism and genetic networks potentially responsible for the disorder. This work focuses on the three candidate genes GFOD1, SLC2A3 and LBX1 and their role in the healthy organism as well as in case of ADHD. The neuroanatomy was regarded through expression analysis and various behavioural assays of activity were performed to link alterations on the transcript level to phenotypes associated with the neurodevelopmental disorder. Zebrafish orthologues of the human risk genes were identified and extensive temporal and spacial expression characterisation performed via RNA in situ hybridisation. Through morpholino derived knock-down and mRNA overexpression zebrafish models with subsequent behavioural analysis, both hyper- and hypoactive phenotypes were discovered. Additional expression analysis through double in situ hybridisation revealed a co-localisation during zebrafish neurodevelopment of each gfod1 and slc2a3a together with gad1b, a marker for GABAergic neurons. Interestingly, both risk genes have previously been associated with glucose homeostasis and energy metabolism, which when disrupted could lead to alterations in signal transduction and neuron survival. Likewise, Lbx1 plays a pivotal role in GABAergic versus glutamatergic neuron specification during spinal cord and hindbrain development in mice and chicken. Preliminary results of this work suggest a similar role in zebrafish. Taken together, those findings on the one hand represent a sturdy basis to con- tinue studies of the function of the genes and on the other hand open up the opportunity to investigate novel aspects of ADHD research by exploring the role of the GABAergic neurotransmitter system or the connection between energy metabolism and psychiatric disorders.
N2  - Die Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) ist eine der am weitesten verbreiteten Entwicklungsstörungen, davon sind 5,9% Kinder und Jugendliche und 2,5% Erwachsene weltweit betroffen. Die Kernsymptome sind altersunangemessene Hyperaktivität, Impulsivität und Unaufmerksamkeit, oft begleitet von Begleiterkrankungen wie emotionale Dysregulation oder Verhal- tensauffälligkeiten sowie Lerndefiziten. In den meisten Fällen wird ADHS durch ein Zusammenspiel von angehäuften genetischen und umweltbedingten Risikofaktoren verursacht. Durch Zwillingsstudien gelang man zu einer errechneten Erblichkeit von 70–80%, jedoch erklären häufig auftretende genetische Varianten in der Bevölkerung nur ein Drittel der Erblichkeit. Der Rest der genetischen Veranlagung setzt sich aus seltenen Kopienzahlvariationen (CNV) und Interaktionen von Gen x Umwelt, einschließlich epigenetischer Veränderungen, zusammen. Durch genomweite Assoziationsstudien (GWAS) und Kopplungsanalysen wurden eine Reihe von wahrscheinlichen Kandidatengenen identifiziert. Eine Handvoll von ihnen spielen eine Rolle in den Dopamin oder Noradrenalin Neurotransmittersystemen. Diese Systeme sind gleichzeitig die Hauptangriffspunkte der gängigsten Medikamente, die zur Behandlung von ADHS eingesetzt werden. Allerdings ist für die Mehrheit der Kandidatengene die biologische Funktion in Bezug auf ADHS unbekannt. Es ist essentiell diese Funktionen zu identifizieren um ein tieferes Verständnis der Ätiopathogenese und der genetische Netzwerke, die möglicherweise für die Störung verantwortlich sind, zu erlangen. Diese Arbeit konzentriert sich auf die drei Kandidatengene GFOD1, SLC2A3 und LBX1 und ihre Rolle im gesunden Organismus sowie während ADHS. Die Neuroanatomie wurde durch Expressionsanalyse betrachtet und verschiedene aktivitätsbasierte Verhaltensessays wurden durchgeführt, um Veränderungen auf Transkriptebene mit den zugehörigen Phänotypen der neurologischen Entwick- lungsstörung in Verbindung zu bringen. Zebrafischorthologe der menschlichen Kandidatengene wurden identifiziert und umfangreiche zeitliche und räumli- che Expressionsanalysen via RNA in situ Hybridisierung durchgeführt. Durch Morpholino-Knockdown und mRNA-Überexpressions Zebrafischmodelle mit anschließender Verhaltensanalyse wurden sowohl hyper- als auch hypoaktive Phänotypen entdeckt. Eine zusätzliche Expressionsanalyse durch doppelte in situ Hybridisierung ergab eine Kolokalisierung während der Zebrafischneuroentwicklung von jeweils gfod1 und slc2a3a zusammen mit gad1b, einem Marker für GABAerge Neuronen. Interessanterweise wurden beide Risikogene zuvor mit der Glukosehomöostase und dem Energiestoffwechsel in Verbindung gebracht, die, wenn sie gestört werden, zu Veränderungen der Signalübertragung und der Lebensdauer von Neuronen führen können. Desgleichen spielt Lbx1 eine entscheidende Rolle bei der Spezifikation von GABAergen versus glutamatergenen Neuronen während der Entwicklung des Rückenmarks in der Wirbelsäule und im Hinterhirn von Mäusen und Hühnern. Vorläufige Ergebnisse dieser Arbeit deuten auf eine ähnliche Rolle beim Zebrafisch hin. Zusammengenommen stellen diese Erkenntnisse einerseits eine solide Grundlage für weitere Untersuchungen zur Funktion der Gene dar, andererseits eröffnet sich daraus die Möglichkeit neue Aspekte der ADHS-Forschung zu untersuchen, bei denen der Fokus auf der Rolle des GABAergen Neurotransmittersystems oder der Beziehung zwischen Energiestoffwechsel und psychiatrischen Erkrankungen liegt.
KW  - Aufmerksamkeitsdefizit-Syndrom
KW  - Zebrabärbling
KW  - ADHD
KW  - zebrafish
KW  - genes
KW  - behaviour
KW  - ADHS
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-371084
ER  -