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Entwicklungsneurobiologie WS 2008/2009 V. Differenzierung.

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Präsentation zum Thema: "Entwicklungsneurobiologie WS 2008/2009 V. Differenzierung."—  Präsentation transkript:

1 Entwicklungsneurobiologie WS 2008/2009 V. Differenzierung

2 Regionale Unterschiede Regionale Identität Differenzierungsspotential der Vorläuferzellen wird eingeschränkt während der Entwicklung

3 Allgemeine Prinzipien der Neurogenese - Neuronaler Differenzierung?

4 Neurale Kompetenz: Proneurale Gene achaete, scute, atonal Selektion neuraler Vorläufer: Neurogene Gene notch, delta Differenzierung neuraler Vorläufer Proliferation neuraler Vorläufer Terminale Differenzierung

5 bHLH Transkriptionsfaktoren Proneurale Gene - Struktur Neurale bHLH Transkriptionsfaktoren binden alle an die DNA-Sequenz CANNTG (E-Box)

6 achaeteMash1 scute atonalMath1 biparousNeurogenin1 Neurogenin2 Proneurale Gene - Struktur Homologe bei Drosophila und Vertebraten

7 Proneurale Gene - proneurale Funktion bei Drosophila

8 Proneurale Gene - proneuronale Funktion bei Vertebraten

9 1.Laterale Inhibition, Aktivierung des Notch Signalwegs (neurogener Faktor) Proneurale Gene - Molekularer Mechanismus der proneuralen Funktion

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11 Notch Signaltransduktion -secretase

12 1.Laterale Inhibition, Aktivierung des Notch Signalwegs 2. Positiver Feedback - proneurale Gene stark exprimiert 3. Induktion von Kaskaden von Neuron-Differenzierungsgenen, proneurale Gene werden nur kurz exprimiert (nur VZ) Ngn1 - Math3 - NeuroD (alles bHLH Proteine). 4. Hemmung der Gliaentwicklung 5. Zell-Zyklus-Regulation Proneurale Gene - Molekularer Mechanismus der proneuralen Funktion

13 Proneurale Gene - Funktion in der Spezifizierung neuronaler Subtypen bei Drosophila Proneurale Gene - Funktion in der Spezifizierung neuronaler Subtypen bei Vertebraten LOF und GOF Experimente GOF Experimente: achaete/scute - ektopische ext. sensorische Organe atonal - ektopische chordotonale Organe amos - ektopische multidendritische Neuronen

14 Proneurale Gene - Mechanismus der Spezifizierung neuronaler Subtypen Erklärung: - Selektivität kommt durch Ko- Aktivatoren zustande, welche an DNA-Bereiche in der Nähe und an bHLH Faktoren binden - erklärt auch unterschiedliche Effekte desselben bHLH Faktors in verschiedenen Zellen Paradox: - Verschiedene bHLH Faktoren binden in vivo selektiv an E-Boxen im Promotor bestimmter Zielgene und aktivieren deren Transkription - die E-Boxen im Promotor der Zielgene verschiedener bHLH Faktoren sind identisch

15 Proneurale Gene - Mechanismus der Spezifizierung neuronaler Subtypen Beispiele: Mash1 - noradrenerge N. - GABAerge N. Ngn1/2 - sensorische N. - Motorneurone Mash1Homöodomänen- Proteine Spezifizierung neuronaler Subtypen Nkx6.1

16 Proneurale Gene - Spezifizierung neuronaler Subtypen durch Interaktion mit Faktoren die räumliche Identität festlegen V0-2 Interneuronen- Spezifizierung durch Ngn1/2 bzw Mash1 + Pax6 V3 Interneuronen- Spezifizierung

17 Kombination von A/P-D/V Musterbildung und Differenzierungsprogramm

18 Motoneuronentwicklung im Rückenmark Wie entsteht ein LMC L Neuron?

19 A P D V Motoneuronentwicklung im Rückenmark Wie entsteht ein LMC L Neuron?

20 A/P Neurale Induktion Caudalisierung Ektoderm anterior neuralposterior neural noggin FGF Hox-Gene D/V Dorsalisierung anterior und posterior neural shh BMPs Ventralisierung ventral neural dorsal neural HoxC10 für lumbale LMC L shh (3nM) für LMC L

21 Positionsinformation durch Shh - D/V Domänen

22 In dieser Region entstehen verschiedene somatische Motoneuronen

23 Lhx3 RA

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25 Die Spezifizierung von Nervenzellen determiniert auch die Axonprojektion

26 shh Pax6, Nkx6.1 Domäne MNR2, Ngn2 Isl-1 Neuronale Differenzierung LMC MMC viscerale Mn somatische Mn LMCl Lim1 LMCm LMClpool a..x LMCmpool a..x RA Lhx3 terminale Mitose Olig2 Kann man aus Stammzellen Motoneuronen herstellen?

27 Strategien um spezifische Neuronen aus Stammzellen zu differenzieren (e.g dopaminerge N.) Versuch und Irrtum Embryologischer Ansatz Verbesserter Embryolog. Ansatz Stammzelle Musterbildung Morphogene, Spezifizierende Transkriptions- faktoren Selektion von Vorläuferzellen mit Reporter-Gen (GFP) C.

28 Kann man aus Stammzellen Motoneuronen herstellen? 1. ES - Zellen differenzieren unter Einfluss undefinierter Faktoren u.a. zu Nervenzellen, anteriore Positionswert (Hox-Code) 2. Caudalisiert mit Retinsäure (RA) - (Hinterhirn, nicht Rückenmark) 3. Ventralisiert mit shh 4. Ein geringer Anteil der Neuronen (20-30%) zeigt Motoneuroneigenschaften (u.a. auch Hb9; Hb9-Promotor/GFP-reporter) 5. Hb9-positive Zellen isoliert (exprimieren GFP) und in vivo implantiert. 6. Entwickeln sich in vivo zu morphologisch normalen Motoneuronen.

29 nur durch extrazelluläre Faktoren

30 Gliaentwicklung nach Neurogenese

31 Gliogene Signale: LIF (keine Astrozyten im ko)( Leukemia inhibitory factor) Neuregulin (keine Schwannzellen im ko) Gliogene Signale: Können erst wirken wenn proneurale Gene abgeschaltet sind

32 Proneurale Gene inhibieren Glia-Entwicklung

33 Mechanismus

34 PN on PN off Proneurale Gene kontrollieren Glia-Entwicklung im RM

35 Noradrenerge Differenzierung sympathischer Neuronen

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40 Phox2, Mash1 und dHand induzieren die Entstehung noradrenerger sympathischer Neuronen aus peripheren Vorläuferzellen

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42 Phox2 Direkte Aktivierung des Differenzierungsgens DBH durch Phox2, CREB und Hand2 Hand2

43 BMPs glia Delta/Notch/numb Glia-induzierende Signale??

44 Glia Postmitotische Nervenzelle Neurogenese im peripheren Nervensystem Glia Proliferierende sympathische Nervenzelle Mutationen in Phox2b führen zu einer Prädisposition für Neuroblastoma

45 Anwendung von Differenzierungsprogrammen/faktoren?

46 Math1 kontrolliert Haarzellentstehung im Innenohr Haarzelle Stützzelle

47 Haarzelldegeneration/Gehörverlust Haarzellregeneration?

48 Haarzellregeneration aus Stützzellen (beim Vogel)

49 KontrolleDegeneration (Kanamycin) Zellkerne der äHZ Math1- exprimierende Zellen Aktin (grün) Math1 induziert die Regeneration von Haarzellen Im adulten Säuger-Ohr (Meerschweinchen)

50 Math1 induziert die Regeneration von Haarzellen Im adulten Säuger-Ohr (Meerschweinchen) Math1-induz. (Regeneration) Kontrolle (Degeneration)

51 Math1 induziert die funktionelle Regeneration von Haarzellen Im adulten Säuger-Ohr (Meerschweinchen)


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