title: Topographic mapping of the connectivity between different classes of neurons and tanycytic subtypes distributed along the rostro-caudal extension of the hypothalamic III-ventricle
Creators: name: Franzmeier, Sophie
Publisher: name: :none
Year: 2020

description: Im Bereich der mittleren Kerngruppe des Hypothalamus findet man einen besonderen, hoch spezialisierten Zelltyp: den Tanyzyt. Tanyzyten zählen zu den Ependymzellen und teilen mit diesen auch ähnliche Territorien entlang des 3. Ventrikels. Mit ihren zylindrischen Zellkörpern kleiden sie Teile des 3. Ventrikels aus, in welchem die Cerebrospinalflüssigkeit kontinuierlich zirkuliert. Die auffallendste morphologische Eigenschaft der Tanyzyten ist ihr langer, radialer Fortsatz der tief in das umliegende Parenchym empordringt und mit den Kapillaren des Hypothalamus-Hypophysen-Pfortader-Systems Kontakte ausbildet. Aufgrund dieser einzigartigen Morphologie und der vorteilhaften Lage nimmt man an, dass Tanyzyten den Austausch von Hormonen und anderen biologisch aktiven Substanzen zwischen der CSF und dem Blutsystem regulieren. Sie werden weiters als wichtige Elemente bzw. Modulatoren von zentralen Aufgaben des Hypothalamus erachtet. Darüber hinaus wird vermutet, dass Tanyzyten sogenannte ‚synaptische Neuron-Glia Kontakte‘ mit neurosekretorischen Axonen im Bereich der Eminentia mediana ausbilden. Durch die Detektion und die darauffolgende Quantifizierung von erregenden und inhibierenden synaptischen Inputs von Neuronen an Tanyzyten in topografisch definierten Regionen um den 3. Ventrikel im Bereich des Hypothalamus untersucht die vorliegende Studie die Hypothese, dass Tanyzyten fähig sind, neuronale elektrochemische Signale weiter zu leiten. Dazu wurden immunhistochemisch gefärbte koronale Hirnschnitte von Wildtyp, CRH-Cre-tdTomato und RAX-Cre-ERT2-tdTomato Mäusen verwendet, die im nächsten Schritt durch ein konfokales Laser-scanning-Mikroskop untersucht und 13 zuvor definierte Bereiche mit einer 63x Vergrößerung aufgenommen und fotografiert wurden. Darauffolgend wurde unter Verwendung des Programms IMARIS ein geeigneter Rekonstruktions-Ablauf etabliert um an den ventrikulären Grenzen entspringende tanyzytische Fortsätze und gegebenenfalls synaptische Inputs 3-dimensional zu rekonstruieren. Mit dieser neu entwickelten Methode konnte erfolgreich gezeigt werden, dass Tanyzyten synaptische Inputs von umliegenden hypothalamischen Neuronen erhalten. Durch die Untersuchung der gesamten rostro-kaudalen Verlängerung des Hypothalamus konnte ein leichter Trend hin zu einer höheren Anzahl an synaptischen Inputs in kaudalen Regionen beobachtet werden. Interessanterweise erhielten an sämtlichen analysierten Positionen nicht alle detektierten Tanyzyten synaptische Inputs. Des Weiteren konnte auf Grund der Verwendung von verschiedenen Markern zur Lokalisierung von Tanyzyten im hypothalamischen Parenchym um den 3. Ventrikel verschiedene Subtypen identifiziert werden: RAX+ Tanyzyten besiedelten mehr kaudal gelegene Regionen wohingegen GFAP+ Tanyzyten genau komplementär in mehr rostralen Bereichen entdeckt wurden. Zusammenfassend unterstreicht die Beobachtung von erregenden sowie inhibierenden synaptischen Inputs im Rahmen dieser Studie die Vermutung, dass Tanyzyten an der synaptischen Signalübertragung beteiligt sind und die Kommunikation mit Neuronen unterschiedlicher hypothalamischer Kerngebiete wird vermutet.
description: Tanycytes are highly specialized, bipolar ependymal cell residing in the tuberal region of the hypothalamus. While the cylindric cell bodies border the III-ventricular walls their long, radial process is targeting deeply into the brain parenchyma where it establishes contacts with hypothalamic-hypophyseal portal blood capillaries. In this way, tanycytes link the CSF circulating inside the ventricular system with the peripheral blood system and thus are regarded as modulators of the exchange of hormones and other biologically active substances between the CSF and the blood. Due to this advantageous location and unique morphology tanycytes emerge as pivotal components of a variety of important hypothalamic processes. Moreover, it has been suggested that tanycytes establish so-called ‘neurono-glial synaptoid contacts’ with neurosecretory axons at the area of the ME. In this study, I investigated the hypothesis that tanycytes are capable of transducing neuronal electrochemical signaling by detecting and further quantifying the amount of excitatory and inhibitory synaptic inputs of neurons onto tanycytes in topographically distinct regions around the hypothalamic III-ventricle. To approach this, I used immunolabeled coronal brain sections from WT, CRH-Cre-tdTomato and RAX-Cre-ERT2-tdTomato mice, evaluated the sections by acquiring confocal micrographs of 13 defined regions of interest alongside the III-ventricle and established a suitable and reliable reconstruction workflow by using IMARIS to 3-dimensionally reconstruct tanycytic processes emerging from the III-ventricular walls and detect synaptic inputs. Using this newly developed reconstruction method, I successfully showed that tanycytic process do receiving synaptic inputs from adjacent hypothalamic neurons. By investigating the entire rostro-caudal extension of the hypothalamus I observed a slight overall trend towards higher amounts of synaptic inputs at caudal regions where some main hypothalamic nuclei can be found like the DMH, the VMH, the ArcN and the ME. Surprisingly, at all positions examined just a fraction of the total number of detected tanycytes receive neuronal inputs. Moreover, the use of different tanycytic markers revealed that RAX+ tanycytes are located at more caudal hypothalamic regions whereas GFAP+ tanycytes were detected almost exclusively at more rostral territories. Cumulatively, the observation of excitatory and inhibitory synaptic inputs onto tanycytes during this investigation emphasizes the hypothesized involvement of tanycytes in synaptic signal transmission and suggests a way of communication between tanycytes and neurons of different hypothalamic nuclei.