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RETINO-TEKTALE PROJEKTION
Jacqueline Jonuschies
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Entwicklung des Auges
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Retino-tektale Projektion
Kontralaterale Projektion
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Lenkung der Axone über große Entfernungen b) Erkennung des visuellen Kortex/ Tektum c) genauere Zielerkennung d) Kontakte mit Dendriten/ Neuronen
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Genauigkeit der Projektion
Lenkungsmoleküle! Kontaktvermittelt (Attraktion, Repulsion) Chemovermittelt (Attraktion, Repulsion)
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Signale ins Zellinnere (Rezeptoren auf Wachstumskegel)
Umbau des Zytoskeletts Hin-/Abwenden/ Kollaps Liganden-/Rezeptorkonzentration entscheidend (Gradiententheorie, Sperry)
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Ephrine Eph A, Eph B: IG ähnliche Domäne
hoch konservierte Cysteinreiche Region 2 FNIII Domänen Tyrosin Kinase Domäne In vielen entwicklungsbiologischen Prozessen involviert : topografische Karten Vorder-/ Hinterhirn Komissuren kontaktvermittelte, repulsive Faktoren für retinale Axone
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ephrine: GPI-Anker Eph-R: Transmembran- domäne
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Ephrine „Bidirectional signalling“
Phosphorylierung der Tyrosinreste bei Rezeptor UND Ligand Signaltransduktion via MAP-, src-, FAK- Kinasen, Integrine, Rho GTPasen Gleiche Signalwege, andere Richtung! Ephrine
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Ephrin-Gradienten
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Ephrin A Gradienten
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(Ephrin A5 bindet 10x stärker als ephrin A2)
Temporale Axone mit hoher Rezeptor- konzentration werden schon bei niedriger Ligandenkonzentration abgestoßen nicht weiter zum posterioren Pol: Stopp Nasale Axone mit niedriger Rezeptorkonz. nicht sensitiv genug gegenüber niedriger Ligandenkonz. im Tektum wachsen bis zum posterioren Pol
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Knock-outs Ephrin A5 -/-, Ephrin A2 -/- : zerstörte Karte
(besonders anterior-posterior) ABER: noch korrekte temporale Fasern weitere Lenkungsfaktoren! (ephrin A6)
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RAGS (Drescher et. al 1995) = Repulsive Axon Guidance Signal
in Tektum gefunden Ephrinen ähnlich, GPI verankert 25 kDa Glykoprotein (E6-E12) Gradient im posterioren Tektum a p Verursacht Kollaps des Wachstumskegels (Kollaps-Assay)
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Stripe-assay Streifen-Assay: (in vitro) temporale Axone
nur auf anterioren Membranstreifen GPI-Molekül RAGS in posteriorer Membran verursacht Kollaps
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Stripe-assay
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In-situ Hybridisierung: - RAGS mRNA in tieferen Zellschichten im
Tektum - retinale Axone wachsen in oberen Schichten des Tektums - tiefe Schichten enthalten Radiale Gliazellen, Endfüßchen zur Oberfläche, enger Kontakt mit Axonen, RAGS zu Füßchen transportiert Temporale Axone kollabieren bei Kontakt mit Radialen Glia! - Gradient a p
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- RAGS-transfektierte Zellen: Kollaps von
Rekombinantes RAGS: - RAGS-transfektierte Zellen: Kollaps von nasalen und temporalen Axonen - Verdünnung der Konzentration: kein Unterschied zwischen nasalen und temporalen Axonen Lenkung durch Abstoßung, keine Diskriminierung andere Faktoren müssen beim nasotemporalen Lenkungsprozess mitwirken
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Zusammenfassung RAGS = Homolog zu den Liganden für Eph Rezeptoren
Im Tektum als Gradient a p expremiert GPI verankert Verursacht Abstoßung/ Kollaps von RGC Axonen Wichtige Rolle bei temporaler Axon-Lenkung
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Astray/ robo 2 (Fricke et al. 2001)
Roundabout Familie: wichtig für Axon Lenkung, von RGC expremiert, wenn Axone auswachsen Astray durch Mutationsanalyse in Zebrafisch
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In vivo Studie Zebrafisch: transparent, direkte Beobachtung der retino-tektalen Projektion Isolierung des Schlüssel-Gens astray 4 Allelen: ti272z te378 tl231 te284 Phenotyp immer ähnlich rezessiv
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ast - Phenotyp ast/ast Embryos zeigen Misprojektionen
(ipsolateral, extratektale Ziele) wildtype te284 ti272z ipsolateral contralateral Dor. Lat. weak strong
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ast - Funktion Für Axon-Lenkung, besonders bei Kreuzung der Mittellinie wichtig Kreuzung von ast/+ x ast/+ 3 starke Allele (ti272z, te378, tl231) 1 schwaches Allel (te284) Phenotyp ähnlich loss-of-function Mutation
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ast Funktion im Auge wichtig, in RGC
Axonen
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ast als robo2 Homolog Robo2 in RGCs expremiert
Ast Phenotyp durch Mutation in robo2? Vergleich der beiden Gene auf Zebrafisch- Karte
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Sequenzierung Arg Stopp (Nonsense) Gly Asp (Missense)
Homozygote Mutanten (ti272z): Arg Stopp (Nonsense) Homozygote Mutanten (te284): Gly Asp (Missense) Robo2 Mutation führt zum ast-Phenotyp Rezeptorfunktion ist gestört
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Zusammenfassung robo2 mRNA in differenzierten RGCs expremiert (zentral peripher), später aus robo2/ast = essentiell für retinotektale Projektion Ast/Robo2 fungiert als Lenkungsrezeptor für RGC Axone Ast/robo2-Mutation verhindert Kreuzung der Mittellinie, Defaszikulation Hilft bei Bildung des optischen Chiasmus
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Quellen: “In vitro guidance of RGC Axons by RAGS” Drescher et al. 1995
“Astray, a zebrafish roundabout homolog required for retinal axon guidance” Fricke et al. 2001 “Ephrin-As as receptors in topographic projections” Knöll et al. 2002 “Molecules, maps and synapse specificity” Benson et al. 2001
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