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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-42882
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2009/4288/


Morphologische und funktionelle Analyse heterozygot L1 defizienter Mäuse (Mus musculus, Linné 1758)

Schmid, Janinne Sylvie

pdf-Format:
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Basisklassifikation: 42.13
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Schachner, Melitta (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 27.03.2009
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 14.09.2009
Kurzfassung auf Deutsch: Zelladhäsionsmoleküle sind sowohl an der Entwicklung als auch an der Regeneration des zentralen und peripheren Nervensystems maßgeblich beteiligt. Das neurale Zelladhäsionsmolekül L1, ein Mitglied der Immunglobulinsuperfamilie der Zelladhäsionsmoleküle, beeinflußt Migration, Neuritenwachstum, axonale Wegfindung, Faszikulierung und Myelinisierung während der Entwicklung, spielt aber auch im adulten Organismus eine wichtige Rolle. Mutationen im L1 Gen, das auf dem X-Chromosom lokalisiert ist, führen zu schwerwiegenden neurologischen Krankheitsbildern, die unter der Bezeichnung L1-Syndrom (früher CRASH-Syndrom als Akronym für Hypoplasie des Corpus
callosum, geistige Retardierung, angewinkelte Daumen, spastische Paraparese, Hydrozephalus) zusammengefaßt werden. Das L1-Syndrom ist eine gonosomal-rezessive Erkrankung mit einer Prävalenz von ca. 1:30000. Über heterozygote Trägerinnen wurde in der Literatur bisher wenig berichtet.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung heterozygot L1 defizienter Mäuse im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen als Modell für heterozygote Trägerinnen des L1-Syndroms.
Zu diesem Zweck wurde eine in unserem Labor generierte L1 Knockout-Mausmutante charakterisiert, die sich, neben zwei bereits bekannten, als ein drittes Mausmodell für das
humane L1-Syndrom erwies. Meine Untersuchungen zeigten, daß heterozygote Tiere dieses Stammes im Vergleich zu Wildtyp-Tieren eine um 50% reduzierte Proteinexpression
aufweisen. Immunhistochemische Untersuchungen veranschaulichten auch auf zellulärer Ebene eine gleichmäßige Verteilung L1-positiver sowie L1-negativer Neurone im Cortex heterozygot L1 defizienter Mäuse. Es liegt also keine präferentielle Inaktivierung des
mutierten X-Chromosoms vor. Der auffälligste Unterschied zwischen Wildtyp- und heterozygot L1 defizienten Mäusen ist eine signifikant erhöhte Dichte an Neuronen im
Cortex junger (P7) sowie adulter heterozygoter Tiere bei einer unveränderten Anzahl an Gliazellen, wobei die neuronale Dichte im Cortex L1 defizienter Mäuse keinen Unterschied zu derjenigen in Wildtyp-Mäusen aufweist. Eine derartige Tendenz war bereits zum Zeitpunkt E11.5 erkennbar. Proliferationsstudien in embryonalen bis früh postnatalen Entwicklungsstadien (E11.5 bis P7) sowie die Quantifizierung apoptotischer Zellen im Cortex (P7) zeigten keine signifikanten Unterschiede zwischen heterozygot L1 defizienten und Wildtyp-Mäusen. Auch die neuronale Differenzierung zum Zeitpunkt E15.5, gemessen anhand der Anzahl Doublecortin-positiver Zellen im Cortex, war unverändert. Eine Microarray-Analyse heterozygot L1 defizienter Mäuse zum Entwicklungsstadium P0 identifizierte eine Dysregulation von drei für Hypophysenhormone kodierenden Genen. In der quantitativen Realtime-PCR ließ sich dies jedoch nicht verifizieren. Die erhöhte
Neuronendichte ist somit auch nicht hormonell bedingt. In Kooperation mit dem Max-Planck-Institut für neurologische Forschung in Köln wurden funktionelle Daten erhoben. Dabei fielen eine deutliche Azidose sowie eine signifikant erhöhte Proteinsynthese in der Hirnrinde von heterozygot L1 defizienten Mäusen im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen auf. Diese Befunde korrelieren mit der dort erhöhten Anzahl an Neuronen.
Abschließend konnte die Ursache der ausschließlich in heterozygoten Mäusen erhöhten Dichte an Neuronen nicht geklärt werden. Da dieser Unterschied allerdings schon in frühen Entwicklungsstadien nachweisbar war, sind die zugrundeliegenden Prozesse eher während der Entwicklung als im adulten Tier zu suchen.
Zusammenfassend zeigen heterozygot L1 defizienten Mäuse einen sowohl von Wildtyp- als auch von homozygot L1 defizienten Mäusen unterschiedlichen Phänotyp. Die Ergebnisse dieser Arbeit unterstreichen die Notwendigkeit, auch heterozygote Tiere bei der Analyse transgener Mauslinien intensiv zu untersuchen.
Kurzfassung auf Englisch: Cell recognition molecules play an important role during development, function and regeneration of the central and peripheral nervous system. The neural cell adhesion molecule L1, a member of the immunoglobulin superfamily of neural cell adhesion molecules, influences migration, neurite outgrowth, axonal pathfinding, fasciculation and
myelinisation in the developing brain. Moreover, it has a major impact on the adult nervous system. Mutations in the L1 gene, which is located on the X-chromosome, lead to severe neurological diseases which are summarised as L1-Syndrome (formerly known as CRASH Syndrom, the acronym for hypoplasia of the corpus callosum, mental retardation, adducted thumbs, spastic paraparesia, hydrocephalus). The L1-Syndrome is a rare gonosomal disease with varying penetrance and a prevalence of approximately 1:30000. To date, only few studies investigate female heterozygous conductors.
The aim of the present study was the analysis of heterozygous L1 deficient mice, a paradigm of female heterozygous conductors of the L1-Syndrome, in comparison to wildtype and L1 knockout mice.
To this end, a L1 knockout mouse strain generated in our laboratory was characterised. Morphological and biochemical analysis confirmed that this mouse strain represents a new
valid mouse model for the human L1-Syndrome besides the two established ones. Heterozygous mice of this line showed a reduced expression of the protein by 50% compared to wild type mice. Immunohistochemical analysis demonstrated a random distribution of L1-positive and L1-negative neurons on the cellular level in the cortex of heterozygous L1 deficient mice. Thus, preferential X-inactivation could be excluded. The most striking difference between wild type and heterozygous L1 deficient mice was the significantly enhanced density of neurons in the cortex of juvenile (P7) as well as adult heterozygous animals while the number of glial cells was not altered. A tendency towards enhanced neuronal density was observed as early as day 11.5 during mouse embryonic development. In contrast, the neuronal density in the cortex of L1 knockout and wild type mice was similar. Proliferation studies at embryonic to early post natal stages of development (E11.5 to P7) as well as the quantification of apoptotic cells in the cortex (P7)
displayed no significant differences between heterozygous and wild type mice. Neuronal differentiation estimated by immunohistochemical analysis of Doublecortin positive cells in the cortex at the time point E15.5 was unchanged. Microarray analysis of total brain mRNA of heterozygous L1 deficient mice at P0 identified a dysregulation of three genes encoding for pituitary hormones. This result could not be verified by quantitative Realtime PCR. Hence, the enhanced neuronal density was not due to hormonal alterations. In cooperation with the Max-Planck-Institute for Neurological Research in Cologne functional data was collected revealing a marked acidosis and a significantly enhanced protein synthesis in the cortex of heterozygous L1 deficient mice compared to wild type mice. These findings
correlate well with the enhanced number of neurons in this brain region.
The reason for the enhanced density of neurons exclusively in heterozygous mice could not be finally clarified. Since this difference was detectible already at early stages of development the underlying mechanisms can be attributed to events during early development rather than in the adult animal.
In summary, the heterozygous L1 deficient mice exhibit a phenotype different from wild type as well as L1 knockout mice. The findings of this study emphasise the need to analyse heterozygous animals along with knockout animals of transgenic mouse lines.

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