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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-16241
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/1624/


Nyfeler, Yves

Jagged1 regulates adult neural stem cell maintenance and multipotency through activation of Notch1

Jagged1 reguliert die Erhaltung und Multipotenz adulter neuraler Stammzellen durch Aktivierung von Notch1

Dokument1.pdf (2.754 KB) (md5sum: 4a330ade2ff99c0740224a2cb420cd49)

Kurzfassung in Deutsch

Ein Dogma der Neurobiologie, das über einen langen Zeitraum vorherrschte, nämlich dass Gehirne adulter Säugetiere nicht dazu in der Lage seien neue Neuronen zu produzieren erwies sich vor ungefähr einer Dekade schliesslich als falsch. Fortwährende Neurogenese im adulten Säugetiergehirn wird unterdessen weithin akzeptiert, aber die Mechanismen, welche die Entwicklung und Differenzierung der adulten neuralen Stammzellen steuern, sind noch
grösstenteils unbekannt. Dem Ziel, die grundlegenden Mechanismen der Neurogenese im adulten Gehirn zu Verstehen, kommt angesichts der möglichen Behandlungen von neurologischen Krankheiten wie auch Verletzungen welche Neuronen des zentralen Nervensystems (ZNS) beschädigen grosse Bedeutung zu. Mutmassliche neurale Stammzellen (NSZ) sind von verschiedenen Regionen des postnatalen ZNS isoliert worden, aber Epidermal Growth Factor (EGF) abhängige Stammzellen der Subventrikulär Zone (SVZ) sind die bis jetzt am besten beschriebenen. Von Notch-Delta Signalmolekülen weiss man, dass sie in
Entwicklungsentscheidungen vieler Gewebe in Organismen von Drosophila bis hin zum Menschen involviert sind. Sowohl der Notch Rezeptor als auch dessen Liganden Delta und Jagged sind Transmembraneproteine, die direkten Zell-Zell Kontakt benötigen um ein aktives Signal hervorzurufen. Jagged1 gehört der Familie Delta-Serrate-Lag2 (DSL) der Notch Liganden an und ist das einzige DSL Molekül, das in der SVZ der adulten Maus exprimiert wird. Wir stellen hiermit eine Studie vor die aufzeigt, dass adulte NSZ die aus der SVZ von
frühen postnatalen Mäusen isoliert wurden vom Notch Signalweg abhängig sind. Wir
unterstützen die in vitro Daten, indem wir zum ersten Mal in vivo die Stammzellnische im adulten Mäusegehirn veranschaulichen. Mit bedingter Gen-inaktivierung konnten wir zeigen, dass Jagged1 mittels seiner Wirkung durch Notch1 in der Aufrechterhaltung und in der Differenzierung der adulten neuralen Stammzellen ein zentrales Element ist. Als Folge der Inaktivierung
von Jagged1 können multipotente neurale Stammzellen ihr Stammzell-ähnliches
Potential nicht beibehalten und verlieren ihre Fähigkeit sich selbst zu replizieren. Neurosphären (NS) sind in Kultur gehaltene, durch klonale Expansion einer einzelnen NSZ entstandene und aus bis zu mehreren Hundert Zellen bestehende ballförmige Strukturen. Jagged1 defiziente NS enthalten 5-mal weniger NSZ pro Sphäre als Kontroll-Kulturen (1.7 +/- 0.53 zu 7.6 +/- 0.16). Jedoch sind Jagged1-defiziente adulte neurale Stammzellen noch in
der Lage, Neuronen, Astroglia und Oligodendrozyten zu bilden in vergleichbaren
prozentualen Anteilen wie Wildtyp-Zellen. Mittels semiquantitativer RT-PCR konnte aufgezeigt werden, daß die direkten Ziele des Notch-Signalwegs, die Transkripte von Hes1 und Hes5 ein verringertes Exprimierungs-Niveau nach Entfernung von Jagged1 zeigen. Diese Resultate konnten nach bedingter Entfernung von Notch1 aus den neuralen Stammzellen in vitro pheno-kopiert werden. Entfernung des Rezeptors Notch1 führte zu einer sogar noch
drastischeren Verringerung der Zahl von NSZ pro Sphäre nach der Infektion verglichen mit Kontrollen (0.04 +/- 0.01 zu 8.1 +/- 1.1). Wir verwendeten lösliches Jagged1-Fc (sJ1) um zu überprüfen ob damit die Zahl der NSZ pro Sphäre erhöht werden kann. Kultivierten wir NSZ ohne EGF fanden wir, dass sJ1 das NS-Wachstum in einer konzentrationsabhängigen Weise anregte. Dies zeigte, daß sJ1 EGF als sphärogener Faktor für NSZ in vitro ersetzen kann. In vivo charakterisierten wir die Stammzellnische, als aus entlang der SVZ liegenden Zellen bestehend, die Jagged1 und GFAP (Glial Fibric Acidic Protein, ein Gliazellen-Marker) exprimieren und an Notch1 exprimierende Zellen angrenzen. Wir schlussfolgern, dass ein Jagged1 vermitteltes Notch1 Signal von adulten neuralen Stammzellen zur Aufrechterhaltung von Multipotenz und Selbsterneuerung benötigt wird. Weitere Experimente müssen die Funktion des Notch Signals in NSZ in vivo klären.
Sowohl Notch1- wie Jagged1-null Mäuse sterben früh embryonal. Daher wird eine zeitlich
und räumlich eingeschränkte Inaktivierung dieser Gene benötigt. Nestin ist ein intermedial filament Protein, das allgemein als Marker für undifferenzierten Vorläuferzellen verwendet wird.


Kurzfassung in Englisch

A dogma in neurobiology that has persisted over a long period of time, namely the inability of the adult mammalian brain to produce new neurons, was finally proven to be wrong about a decade ago. Ongoing neurogenesis in the adult mammalian brain is now widely accepted, but the mechanisms controlling development and differentiation of adult neural stem cells are still largely unknown. The importance of understanding the basic mechanisms
of neurogenesis in the adult brain becomes obvious in the view of possible treatments of neurological diseases and injuries, which damage CNS neurons. Putative neural stem cells (NSCs) have been isolated from various regions of the postnatal central nervous system but Epidermal Growth Factor(EGF)-dependent (adult type) stem cells of the sub-ventricular zone (SVZ) are among the best described to date. Notch-Delta signalling molecules were shown to be involved in developmental decisions in many tissues in organisms ranging from Drosophila to human. Both Notch receptors and their ligands Delta and Jagged are transmembrane proteins, which require direct cell-cell contact for an active signal to be induced. Jagged1 belongs to the Delta-Serrate-Lag2 (DSL) family of Notch ligands and is the only DSL molecule that is expressed in the SVZ of adult mice.
We here present a study that is demonstrating that adult type NSCs isolated from the SVZ of early postnatal mice are dependent on Notch signalling in vitro . We support the in vitro findings by illustrating for the first time the stem cell niche in the adult mouse brain in vivo. Using conditional gene inactivation, we could show that Jagged1, by its action through
Notch1, is pivotal in the maintenance and differentiation of adult-type neural stem cells. As a result of Jagged1 inactivation, multi-potent neural stem cells fail to maintain their stem celllike potential and ability to self-replicate. Self replication of a neural stem cell results in the formation of so called neurospheres, ball-like structures made of up to 1000 cells after having
been allowed to grow in suspension for 5 to 6 days. We show that Jagged1 deficient neurospheres grow, but contain 5 fold less NSCs per sphere than control spheres (1.7 +/- 0.53 to 7.6 +/- 0.16) and that they completely loose their stem cell potential over time. However, Jagged1-deficient neural stem cells are able to generate neurons, glia and oligodendrocytes and are comparable to wild-type cells regarding their differentiation potential.
Semiquantitative RT-PCR revealed that the direct targets of the Notch-pathway, the transcripts of the bHLH transcription factors Hes1 and Hes5, show a reduced expression level upon ablation of Jagged1 . These results could be pheno-copied upon conditional ablation of Notch1 from neural stem cells in vitro . Ablation of the receptor Notch1 lead to a drastic reduction in the number of NSCs per sphere after infection compared to controls (0.04 +/- 0.01 to 8.1 +/- 1.1). We used soluble Jagged1-Fc (sJ1) to examine whether the number of NSCs per sphere could be increased. When cultured in the absence of EGF, we found sJ1 to
stimulate sphere formation in a concentration dependent manner, indicating that sJ1 can replace EGF as a spherogenic factor for NSCs in vitro . In vivo we characterized the stem cell niche to be comprised of cells lining the SVZ which express Jagged1 and GFAP (Glial Fibric
Acidic Protein, a glial marker) and which are adjacent to Notch1 expressing cells. We conclude that a Jagged1-mediated Notch1 signal is required by adult-type neural stem cells to maintain multi-potency and self-renewal capacity.
Further experiments need to address the function of Notch signalling in neural stem cells in vivo . As both, Notch1 and Jagged1 null mice die early during embryonic development, a temporally and spatially restricted ablation of these genes is required. Nestin is an intermediate filament protein widely used as a neural stem cell marker.


Freie Schlagwörter (deutsch): Neural , Jagged1 , Notch1 , Adult , Stammzellen
Freie Schlagwörter (englisch): NSC , Jagged1 , Notch1 , adult
Institut: Institut für Biologie 2
Fakultät: Fakultät für Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Kemler, Rolf (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 04.02.2005
Erstellungsjahr: 2004
Publikationsdatum: 17.02.2005
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