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Analyse der Funktion von Wnt1 während der Mittel- und Hinterhirnentwicklung von Säugetieren.

Analysis of Wnt1 function during mid-/hindbrain development of mammals.

München, Technische Universität, Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan, Diss., 2003, 127 S.
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Das sezernierte Glykoprotein Wnt1 wird während der Embryonalentwicklung von Säugetieren im rostralen Bereich der sich entwickelnden Mittel-/Hinterhirngrenze exprimiert. Geninaktivierungsstudien haben gezeigt, dass Wnt1 für die normale Entwicklung dieser Hirnregion von essentieller Bedeutung ist. Die genaue Funktion von Wnt1 konnte jedoch durch diesen Ansatz nicht geklärt werden. Um tiefere Einsichten in die Bedeutung dieses Faktors für die Mittel-/Hinterhirnentwicklung zu erlangen, wurde Wnt1 in der vorliegenden Arbeit mit Hilfe der Knock-In Technologie ektopisch unter der Kontrolle des endogenen En1 Promotors exprimiert. Dadurch konnte die Expressionsdomäne von Wnt1 sowohl nach rostral als auch nach kaudal über die Mittel-/Hinterhirngrenze hinweg erweitert werden. Die heterozygoten Mäuse sind lebensfähig und konnten daher detailliert untersucht werden. Anhand der Expressionsanalyse von Markergenen konnte gezeigt werden, dass zwar subtile Veränderungen der Musterbildungsaktivität des Mittel-/Hinterhirnorganisators durch die ektopische Expression von Wnt1 erzeugt wurden, jedoch ohne die Mittel-/Hinterhirngrenze entsprechend der neuen Wnt1-Expressionsdomäne zu verschieben. Während der späten Embryonalentwicklung konnte eine enorm verstärkte Proliferation neuraler Vorläuferzellen im dorsalen Mittelhirn beobachtet werden, die in adulten Tieren zu sehr stark vergrößerten inferioren colliculi führte. Ventrale Strukturen der Mittel-/Hinterhirnregion sowie das Kleinhirn waren von den morphologischen Veränderungen weit weniger betroffen. Weiterhin konnte ein klarer Zusammenhang zwischen Gendosis und Proliferationsstärke nachgewiesen werden. Die Zellzykluslänge der neuralen Vorläuferzellen scheint in den Mutanten leicht verkürzt zu sein, was auf ein beschleunigtes Zellwachstum hindeutet. Zudem konnte gezeigt werden, dass der kanonische Wnt-Signaltransduktionsweg ektopisch in der dorsalen Mittelhirnregion aktiviert wird. In adulten transgenen Tieren wurde die überraschende Beobachtung gemacht, dass sich die Volumina der Neurone in den inferioren colliculi mit fortschreitendem Alter der Tiere dramatisch vergrößerten. Durch immunhistochemische, durchflusszytometrische und ektronenmikroskopische Analysen der vergrößerten Neurone konnten zytopathologische Prozesse als Ursache für das ungewöhnliche Wachstum weitgehend ausgeschlossen werden. Aus den gewonnenen Daten konnte ein Modell für die Funktionsweise von Wnt1 während der Mittel-/Hinterhirnentwicklung entwickelt werden, wonach Wnt1 während der Embryonalentwicklung Wachstum und Proliferation neuraler Vorläuferzellen verstärkt, während terminal differenzierte Neurone von Wnt1 zwar zu langsam fortschreitendem Zellwachstum, nicht jedoch zu erneuten Zellteilungen angeregt werden können.
The secreted glycoprotein Wnt1 is expressed during mammalian embryogenesis in the rostral aspect of the developing mid-/hindbrain boundary. Gene inactivation studies showed that Wnt1 is necessary for normal development of this region. However, the exact nature of its function could not be elucidated using this approach. In order to gain insight into Wnt1 function during mid-/hindbrain development, Wnt1 was ectopically expressed under control of the endogenous En1 promoter using the Knock-in technology. In this way, the expresion domain of Wnt1 could be extended rostrally as well as caudally across the mid-/hindbrain boundary. Heterozygous animals were viable and could be analyzed in detail. Gene expression analysis of mid-/hindbrain marker genes revealed subtle changes in patterning activity of the mid-/hindbrain organizer without shifting the mid-/hindbrain boundary. During late embryogenesis, a strongly increased proliferation of neural precursor cells in the dorsal midbrain could be observed, resulting in strongly enlarged inferior colliculi. Ventral structures or the mid-/hindbrain region as well as the cerebellum were much less affected by the morphological changes. Furthermore, a clear connection between gene dosage and proliferation strength could be detected. Cell cycle length in neural precursor cells was slightly reduced, pointing to an increased cellular growth. Additionally, it could be shown that ectopic Wnt1 activates the canonical Wnt signal transduction pathway in the dorsal midbrain. Surprisingly, the volumes of neurons in the inferior colliculi of adult transgenic animals increased dramatically over time. Pathological processes as underlying cause for this phenotype could be largely excluded using immunohistochemical, flow cytometric and electron microscopic analyses. Combining the observations, a model for Wnt1 function during mid-/hindbrain development could be proposed. According to the model, Wnt1 is enhancing cellular growth and proliferation of neural precursor cells, while terminally differentiated neurons could only be stimulated to continuous growth without reactivation of the cell cycle.
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Publikationstyp Sonstiges: Hochschulschrift
Typ der Hochschulschrift Dissertationsschrift
Schlagwörter Maus; Entwicklung; Organisationszentrum; Mittelhirn; Hinterhirn; Proliferation; Zellgröße; Wnt1; Knock-In; mouse; development; organizer; midbrain; hindbrain; proliferation; cell size; Wnt1; knock-in
Quellenangaben Band: , Heft: , Seiten: 127 S. Artikelnummer: , Supplement: ,
Hochschule Technische Universität
Hochschulort München
Fakultät Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan