Direkt zum Inhalt | Direkt zur Navigation

Eingang zum Volltext

Lizenz

Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-86333
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8633/


Speer, Jan Manuel

Die Rolle von TGF-beta2 in der Entwicklung und Funktion neuronaler Netzwerke : die Regulation von KCC2 durch TGF-beta2

Role of TGF-beta2 in the development and function of neuronal networks : regulation of KCC2 by TGF-beta2

Dokument1.pdf (148.220 KB) (md5sum: 6206cdf24c7dd74e10bb2cdef3537ab4)

Kurzfassung in Deutsch

Die TGF-beta-Familie („transforming growth factor-beta“) umfasst multifunktionelle, extrazelluläre Signalmoleküle, die von der frühen Entwicklung an im Nervensystem aktiv sind. Die Ausschaltung des TGF-beta2-Gens in Mäusen ist aufgrund perinataler Zyanose letal. Pulmonale und kardiovaskuläre Ursachen konnten bereits ausgeschlossen werden (Sanford et al., 1997).Vorarbeiten der Arbeitsgruppe von Prof. Kerstin Krieglstein zeigen, dass TGF-beta2 ein wichtiger Regulator in der Signaltransmission im Prä-Bötzinger Komplex (PreBötC), dem respiratorischen, rhythmusgenerierenden Netzwerk des Hirnstamms ist (Heupel et al., 2008). GABAerge Signaltransmission ist im unreifen Gehirn exzitatorisch, während es nach der Geburt zu einem entwicklungsbedingtem Wechsel kommt und dann inhibitorisch wirkt. Dieser Wechsel resultiert aus einem zeitlichen Unterschied in der Expression der Ionentransporter NKCC1 („Na+/K+/2Cl--Co-Transporter-1“) und KCC2 („K+/Cl--Co-Transporter-2“). Das Projekt zielte darauf ab, die Rolle von TGF-beta bei der Regulation von KCC2 während der Entwicklung neuronaler Netzwerke auf zellulärer und molekularer Ebene zu untersuchen. Als in vitro System dienten primäre hippocampale Dissoziationskulturen, die aus Mäusen an Embryonaltag 18,5 gewonnen werden. Für die Untersuchungen wurden unreife, differenzierende und bereits ausgereifte Neurone mit rekombinantem TGF-beta2 oder neutralisierendem TGF-beta1,2,3-Antikörper behandelt. Anschließend wurden Untersuchungen von KCC2 auf transkriptioneller, translationaler und zellulärer Ebene mittels RT-PCR, Western-Blotting und Immunzytochemie durchgeführt.
Die Ergebnisse zeigen eine differentielle Regulation von KCC2 durch TGF-beta2 in unreifen, differenzierenden und bereits ausgereifte hippocampalen Dissoziationskulturen. Während in unreifen Neuronen die Expression von KCC2 durch TGF-beta2 signifikant hochreguliert wird, steuert TGF-beta2 in differenzierenden Neuronen das intrazelluläre „Trafficking“ von KCC2 an die Plasmamembran. In dieser Entwicklungsphase kommt es, bedingt durch TGF-beta2, zu einer Aktivierung von KCC2 an der Plasmamembran, die sich durch eine verstärkte Oligomerisation von KCC2-Protein äußert. In bereits ausgereiften Neuronen ist TGF-beta2 am „Trafficking“ von KCC2 an die Plasmamembran involviert. Der regulierende Effekt von TGF-beta2 ist spezifisch für KCC2, ohne einen Einfluss auf NKCC1 zu haben und ist unabhängig des Einflusses von BDNF („brain-derived neurotrophic factor“).
Zusammenfassend weisen die Ergebnisse darauf hin, dass TGF-beta2 in unterschiedlichen Entwicklungsphasen differentiell zu der Regulation von KCC2 beisteuert und somit bei der Entwicklung und Funktion neuronaler Netzwerke eine wichtige Position einnimmt. Durch die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit kann TGF-beta2 erstmals als neuer Regulator von KCC2 eingeführt werden.


Kurzfassung in Englisch

The TGF-beta-family („transforming growth factor-beta“) comprehends multifunctional extracellular signaling molecules that has influences in the nervous system already during early development.
Deletion of TGF-beta2 gene in mice is lethal due to congenital cyanosis. Cardio-vascular and pulmonary causes of lethality were already excluded by others (Sanford et al., 1997).Previous work in the lab of Prof. Kerstin Krieglstein has shown that TGF-beta2 may act as an important regulator in the stablishment of the signal transmission in the pre-Bötzinger complex (preBötC) a respiratory rhythm-generating network located in the brain stem (Heupel et al., 2008). In the immature brain, GABA is depolarizing and excitatory, whereas in the mature brain GABAA receptor-mediated responses are inhibitory and hyperpolarizing. This "developmental shift” in GABAergic transmission during development is mainly controlled by the spatial and temporal expression of iontransporters NKCC1 (Na+/K+/Cl- cotransporter 1) and KCC2 (K+/Cl- cotransporter 2).
The project aimed to test whether TGF-beta2 might have an impact on the KCC2-dependent maturation of neuronal networks during development. Primary mouse hippocampal dissociated cultures from embryonic day (E)18.5 were used as an in vitro model.
For these studies immature, developing and mature neurons were treated either with exogenous TGF-beta2 or with a function blocking antibody anti-TGF-beta1,2,3. Expression, protein abundance and cellular distribution of KCC2 have been examined by RT-PCR, immunoblotting and immunocytochemistry.
Our results demonstrate that TGF-beta2 differentially regulates KCC2 in immature, developing, and mature neurons. In immature neurons TGF-beta2 significantly up-regulates KCC2 expression. While in developing neurons TGF-beta2 is required for KCC2 trafficking from intracellular components towards the plasma-membrane. In addition, at this developmental stage TGF-beta2 is apparently involved in activation of KCC2 at the plasma membrane by promoting its oligomerization. In mature neurons TGF-beta2 is also responsible for KCC2 trafficking to the plasma membrane. In contrast, TGF-beta2 regulation is specific for KCC2. It has no effect on NKCC1 expression or protein abundance at all experimental time points and independently from influences of BDNF (brain-derived neurotrophic factor).
These data demonstrate differentially regulation of KCC2 by TGF-beta2 that is regarding to developmental stages. Differentially regulation of KCC2 by TGF-beta2 can be awarded for proper maturation and function of neuronal circuits. The present work introduces TGF-beta2 as a novel regulator of KCC2 during development.


SWD-Schlagwörter: Transforming Growth Factor beta 2
Freie Schlagwörter (deutsch): KCC2 , Trafficking
Freie Schlagwörter (englisch): Transforming Growth Factor beta 2 , KCC2 , Trafficking
Institut: Anatomisches Inst. II
Fakultät: Fakultät für Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Süss, Regine (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 11.06.2012
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 05.07.2012
Indexliste