RETINO-TEKTALE PROJEKTION Jacqueline Jonuschies

Entwicklung des Auges

Retino-tektale Projektion Kontralaterale Projektion

Lenkung der Axone über große Entfernungen b) Erkennung des visuellen Kortex/ Tektum c) genauere Zielerkennung d) Kontakte mit Dendriten/ Neuronen

Genauigkeit der Projektion Lenkungsmoleküle! Kontaktvermittelt (Attraktion, Repulsion) Chemovermittelt (Attraktion, Repulsion)

Signale ins Zellinnere (Rezeptoren auf Wachstumskegel) Umbau des Zytoskeletts Hin-/Abwenden/ Kollaps Liganden-/Rezeptorkonzentration entscheidend (Gradiententheorie, Sperry)

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

ephrine: GPI-Anker Eph-R: Transmembran- domäne

Ephrine „Bidirectional signalling“ Phosphorylierung der Tyrosinreste bei Rezeptor UND Ligand Signaltransduktion via MAP-, src-, FAK- Kinasen, Integrine, Rho GTPasen Gleiche Signalwege, andere Richtung! Ephrine

Ephrin-Gradienten

Ephrin A Gradienten

(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

Knock-outs Ephrin A5 -/-, Ephrin A2 -/- : zerstörte Karte (besonders anterior-posterior) ABER: noch korrekte temporale Fasern weitere Lenkungsfaktoren! (ephrin A6)

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)

Stripe-assay Streifen-Assay: (in vitro) temporale Axone nur auf anterioren Membranstreifen GPI-Molekül RAGS in posteriorer Membran verursacht Kollaps

Stripe-assay

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

- 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

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

Astray/ robo 2 (Fricke et al. 2001) Roundabout Familie: wichtig für Axon Lenkung, von RGC expremiert, wenn Axone auswachsen Astray durch Mutationsanalyse in Zebrafisch

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

ast - Phenotyp ast/ast Embryos zeigen Misprojektionen (ipsolateral, extratektale Ziele) wildtype te284 ti272z ipsolateral contralateral Dor. Lat. weak strong

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

ast Funktion im Auge wichtig, in RGC Axonen

ast als robo2 Homolog Robo2 in RGCs expremiert Ast Phenotyp durch Mutation in robo2? Vergleich der beiden Gene auf Zebrafisch- Karte

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

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

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 http://biology.queensu.ca/~chinsang/,http://www.uni-tuebingen.de/ub/elib/tobias.htm?http://w210.ub.uni-tuebingen.de/dbt/frontdoor.php?source_opus=1031 http://www.bio2.rwth-aachen.de/teaching/ws99/neurows9915.html http://www.uth.tmc.edu/scriptorium/gallery/kelly/i9-4.html...