Molecular mechanisms underlying diversification of spinal motor neurons and neuromuscular synapses

Bian, Yehan; Marquardt, Till (Thesis advisor); Spehr, Marc (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021, 2022)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Bewegungsabläufe hängen stark von der Vielfalt der Motorneuronen, Muskelfasern und der motorischen Endplatte (engl. neuromuscular junction (NMJ)) ab. Die Motorneuronen können in "funktionale" Subtypen unterteilt werden, welche jeweils charakteristische Synapsen mit den von ihnen erregbaren Muskelfasern formen. Wie genau diese Diversität der Motorneuronen und den NMJ etabliert wird ist jedoch größtenteils unbekannt. Diese Doktorarbeit fokussiert sich auf drei durch Transkriptionsanalyse identifizierte Kandidatengene, welche in der Diversifizierung der motorischen Einheit eine Rolle spielen könnten: Prkcd, ein Gen, welches für den Deltatyp der Proteinkinase C (PKCδ) codiert, und die den Wnt-Agonisten R-spondin (RSPO) codierenden Gene Rspo2 und Rspo3. PKCδ konnte hier aufgrund seiner Expression in Zellkörpern und motorneuralen Endknöpchen der NMJs als ein molekularer Marker für langsame α-Motorneurone und einem Teil der γ-Motorneuronen charakterisiert werden. Interessanterweise geht die γ-motorneurale PKCδ-Expression in Mäusen, welche aufgrund eines Verlustes von Err2 and Err3 fehlerhafte γ-Motorneurone ausbilden, verloren, während die PKCδ-Expression in langsamen α Motorneuronen nicht betroffen ist. Dies könnte folglich bedeuten, dass ERR2/3 direkt oder indirekt die Expression von PKCδ in γ-Motorneuronen regulieren könnte. Des Weiteren konnte eine mögliche neuroprotektive Rolle von PKCδ in amyotropher Lateralsklerose (ALS) aufgezeigt werden, da die Expression von PKCδ bis zur Spätphase der Krankheit in den von der Degeneration nicht betroffenen langsamen α-Motorneuronen und γ-Motorneuronen in ALS Mausmodellen bestehen bleibt. Zusätzlich untersucht diese Arbeit einen möglichen Beitrag von RSPO zur Diversifikation der NMJs. Rspo2 und sein Paralog Rspo3 zeigen eine starke Expression in schnellen α-Motorneuronen. Da RSPO2 eine Rolle in der Bildung der NMJ spielt, wird eine Beteiligung von RSPO2/3 in der NMJ Spezialisierung der schnellen α-Motorneurone angenommen. Eine gefloxte Rspo2 Mauslinie wurde durch Nutzung des CRIPR/Cas9 Sytems generiert und mit einer Chatcre+;Rosa26fxTomato Mauslinie gekreuzt, in welcher die Expression der Cre-Rekombinase vom Chat Promotor gesteuert wird um RSPO2 in cholinergen Neuronen inaktiviert wird. Vorläufig konnte gezeigt werden, dass heterozygote Chatcre+;Rspo2fll+ und Chatcre+;Rspo3fll+ Mäuse keinen eindeutigen Phänotyp zeigten. Daher ist es notwendig die Bildung der NMJ letztendlich in homozygoten Mäusen, welchen RSPO2 und /oder RSPO3 in Motorneuronen fehlt zu beobachten. Zusammengenommen helfen diese Erkenntnisse in der Klassifizierung der funktionalen motorneuralen Subtypen und ermöglichen Einsichten in einige der molekularen Mechanismen, welche die Motorneuron- und NMJ-diversifizierung regulieren.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehrstuhl für Neurobiologische Forschung [164310]