Saskia Maria Pasedag

• 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)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.…
• 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 locatedNeurotrophins 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.…