Bestimmung des molekularen Netzwerkes das die Entwicklung und Funktionen von Mittelhirn GABAergen Neuronen kontrolliert
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der inhibitorische Neurotransmitter γ-Aminobuttersäure (GABA) wird in großen Teilen des Wirbeltier-Gehirns synthetisiert. GABAerge Nervenzellen spielen eine wichtige Rolle bei der Modulierung einer Vielzahl von Hirnfunktionen. Die Entstehung dieser Neurone während der Embryonalentwicklung und im postnatalen Gehirn – speziell im Mittel- und Hinterhirn - ist jedoch noch nicht verstanden. Wir haben den basic Helix-Loop-Helix (bHLH) Transkriptionsfaktor (TF) Megane (Mgn)/Helt identifiziert, der zunächst sehr spezifisch im ventrolateralen Mittelhirn, später aber auch in anderen neurogenen Bereichen des Vorderhirns exprimiert wird. Inaktivierung des Mgn/Helt Gens in Mäusen führt zu einem totalen Verlust GABAerger superiorer Colliculi (SC) Neurone und ihre starke Reduktion in den inferioren Colliculi. Die Identität und Funktion der aus den Mgn/Helt-positiven Vorläufern hervorgegangenen GABAergen Neurone werden wir aufgrund der frühen Letalität der Mgn/Helt-/- Mäuse mittels der in diesem Vorhaben hergestellten induzierbaren Mgn-CreERT2 und konditionalen MgnloxP/loxP knock-out Mäuse in Zukunft weiter untersuchen. Die bisherigen Ergebnisse wiesen auf eine Funktion von Mgn/Helt in der Spezifizierung des GABAergen Phänotyps dorsaler Mittelhirn-Neurone hin. Weil Mgn/Helt nur in den proliferierenden Vorläuferzellen, nicht aber in deren postmitotischen Nachkommen exprimiert wird, mussten wir die Existenz weiterer Zielgene und Interaktionspartner von Mgn/Helt annehmen. In einem Yeast–Two Hybrid Screen konnten wir in der Tat die Homodimerisierung von Mgn/Helt bestätigen, Mash1 als direkten Interaktionspartner von Mgn/Helt identifizieren, ebenso wie weitere Partner, u.a. CoupTF2. Die Relevanz dieser Interaktion für die Spezifizierung GABAerger Neurone soll nun weiter untersucht werden. In diesem Vorhaben haben wir weiterhin den TF Gata2 als direktes Zielgen von Mgn/Helt in der Spezifizierung GABAerger Mittelhirn-Neurone identifiziert. Gata2 wird in den intermediären und teilweise noch Mgn/Helt-positiven Vorläuferzellen exprimiert, nicht aber in den ausdifferenzierten GABAergen Neuronen, die die GABA-biosynthetischen Enzyme Gad1 (Gad67) und Gad2 (Gad67) exprimieren. Die Expression von Gata2 ist in den Mgn/Helt-/- Mäusen weitestgehend erloschen. Außerdem führt die konditionale Inaktivierung von Gata2 (Gata2cko Mäuse) im Mittelhirn zu einem kompletten Verlust aller GABAergen (Gad1/2-positiven) Neurone in dieser Hirnregion. Eine mögliche Selektion des glutamatergen bzw. GABAergen Zellschicksals in den jeweiligen Nachkommen aufgrund einer gegenseitigen negativen Regulierung (Repression) zwischen den „GABAergen“ TF Mgn/Helt und Gata2 und den „glutamatergen“ TF Nkx6-1 und Pou4f1 (Brn3a) konnten wir trotz bioinformatisch vorhergesagter konservierter Bindungsstellen in den jeweiligen Promotoren dagegen nicht bestätigen. In weiteren Untersuchungen konnten wir zeigen, dass der Wnt-Signalweg keinen Einfluss auf die Entstehung GABAerger Nervenzellen hat. Er beeinflusst jedoch maßgeblich die Entstehung dopaminerger Nervenzellen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2007). Distinct but redundant expression of the Frizzled Wnt receptor genes at signaling centers of the developing mouse brain. Neuroscience 147:693-711
Fischer T, Guimera J, Wurst W, Prakash N
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(2009). Gata2 is a tissue-specific post-mitotic selector gene for midbrain GABAergic neurons. Development 136:253-262
Kala K, Haugas M, Lillevali K, Guimera J, Wurst W, Salminen M, Partanen J
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(2009). Nkx6-1 controls the identity and fate of red nucleus and oculomotor neurons in the mouse midbrain. Development 136:2545-2555
Prakash N, Puelles E, Freude K, Trumbach D, Omodei D, Di Salvio M, Sussel L, Ericson J, Sander M, Simeone A, Wurst W
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(2010). Delayed dopaminergic neuron differentiation in Lrp6 mutant mice. Dev Dyn 239:211-221
Castelo-Branco G, Andersson ER, Minina E, Sousa KM, Ribeiro D, Kokubu C, Imai K, Prakash N, Wurst W, Arenas E
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(2010). Fzd3 and Fzd6 deficiency results in a severe midbrain morphogenesis defect. Dev Dyn 239:246-260
Stuebner S, Faus-Kessler T, Fischer T, Wurst W, Prakash N
