title: Adulte Neurogenese in der Orexin/Ataxin-3 Maus
title: Adult neurogenesis in the orexin/ataxin-3 mouse
Creators: name: Wolf, Christiane
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: orexin
Adulte Neurogenese
Medical sciences, Medicine
Medizin, Gesundheit
adult neurogenesis
Adulte Neurogenese, Orexin
Orexin

description: Introduction: The adult mammalian
      brain retains neural stem cells (NSCs) that continually
      generate new neurons within two restricted regions, the
      subventricular zone (SVZ) of the lateral ventricle and the
      subgranular zone (SGZ) of the dentate gyrus in the
      hippocampus (HC). This process is called adult neurogenesis.
      Controlled stimulation of endogenous neurogenesis might be an
      elegant way to treat neurodegenerative diseases. It is
      therefore important to understand the molecular signals,
      which govern the proliferation, migration, and
      differentiation of endogenous NSCs in the neurogenic niches.
      Regulatory mechanisms in the so-called neurogenic niches have
      already been shown by in vivo studies for various factors,
      including numerous neurotransmitters, and behavioral and
      environmental factors. However, our knowledge is still
      insufficient to exploit adult neurogenesis for controlled
      brain repair or for stimulation of its physiological
      function. The sleep disorder narcolepsy is considered to be a
      neurodegenerative disease because there is a massive
      progressive loss of neurons containing the neuropeptide
      orexin. Consequently narcoleptic patients have very low
      cerebrospinal fluid levels of orexin. Narcolepsy is defined
      as a sleep-wake disorder with REM and non-REM sleep
      associated symptoms existing longer than 6 months, such as
      daytime sleepiness, cataplexy, fractionated sleep at night
      and automatic behaviors. The postulated pathophysiology of
      human narcolepsy is mimicked very closely in a transgenic
      mouse model called orexin/ataxin-3 mouse, in which
      orexin-containing neurons are ablated progressively by
      specific overexpression of a truncated cytotoxic ataxin-3
      gene product under the orexin-promoter. Aim: We aimed to
      study the possible role of the protein orexin in the
      regulation of adult neurogenesis in the orexin/ataxin-3
      mouse. Study design: Adult neurogenesis in the SGZ, SVZ and
      rostral migratory stream (RMS), where the cells migrate from
      the SVZ to the olfactory bulb (OB), was studied by
      immunohistology. For the evaluation of the stem cell
      proliferation in SVZ and SGZ and migration in the RMS,
      orexin/ataxin-3 mice (n = 8) and wild type (WT) mice (n = 8)
      received a single intraperitoneal injection of 100 mg BrdU
      (bromodeoxyuridine)/kg body weight 2 hour prior to sacrifice.
      For the analysis of differentiation and survival of newly
      built cells, BrdU was administered intraperitoneally on 5
      consecutive days once per day to orexin/ataxin-3 mice (n = 8)
      and WT mice (n = 8) and they were sacrificed 30 days after
      the last injection. Results: We found a significantly higher
      proliferation of stem/precursor cells in the orexin/ataxin-3
      mice in both neurogenic regions, the SGZ and the SVZ. Also in
      the RMS, higher levels of newly built cells in the
      orexin/ataxin group were found, but these differences were
      not significant. We were able to demonstrate a significantly
      higher survival of newly built cells in the granular zone,
      but not for the periglomerular zone of the OB in the
      orexin/ataxin group. A tendency for higher survival rates
      could be shown for the HC of the orexin/ataxin-3 mice (not
      significant). By triple staining we could show that the
      proportion of newly born neurons relative to the total number
      of newly built cells in the HC was significantly higher with
      90 % in the orexin-ataxin group compared to 83 % in the
      control group. In both the granular zone and the
      periglomerular zone of the OB, over 90 % of the total amount
      of new built cells differentiated into neurons in both
      groups. Also the rate of differentiation into a dopaminergic
      phenotype of the newly born neurons in the periglomerular
      zone of the OB was not significantly changed with 93 % in the
      orexin/ataxin-3 mice compared to 91 % in the WT mice.
      Conclusion: In the absence of orexin in the adult mouse
      brain, the proliferation of adult neural stem/precursor cells
      was increased, the survival rate was significantly increased
      in the granular zone of the OB and a consistent not
      significant trend was seen in the HC. The proportion of
      newborn neurons among all newly born cells was higher in the
      HC, however, no significant differences in the
      differentiation of newly built cells could be found in the
      OB. Together, these observations lead to the assumption that
      orexin suppresses the proliferation of adult NSC, affects the
      survival rate in the OB negatively and hinders the
      differentiation of newly built cells into neurons in the
      HC.
description: Einleitung: Im adulten Gehirn von
      Säugetieren gibt es zwei Hirnregionen, die subventrikuläre
      Zone (SVZ) des lateralen Ventrikels und die subgranuläre Zone
      (SGZ) im Gyrus dentatus des Hippocampus (HC), in denen durch
      Stammzellteilung ständig neue Nervenzellen entstehen. Dies
      wird als adulte Neurogenese bezeichnet. Die kontrollierte
      Stimulation der adulten Neurogenese könnte als ein endogener
      Reparaturmechanismus genutzt werden um neurodegenerative
      Erkrankungen zu behandeln. Es ist daher wichtig molekulare
      Signale, welche die Proliferation, Migration und
      Differenzierung endogener neuronaler Stammzellen in den
      neurogenen Zonen beeinflussen, besser zu verstehen.
      Regulationseffekte der sogenannten neurogenen Nische wurden
      bereits für verschiedene Faktoren, v.a. für zahlreiche
      Neurotransmitter nachgewiesen. Allerdings ist unser Wissen
      noch nicht ausreichend, um die adulte Neurogenese für die
      Reparation von degeneriertem Nervengewebe gezielt
      einzusetzen. Narkolepsie gilt als eine neurodegenerative
      Erkrankung, die mit einem massiven Verlust von Orexinneuronen
      und einem stark vermindertem Orexin-Spiegel im Liquor
      einhergeht. Dies führt unter Anderem zu einer Störung der
      Schlaf-Wach-Regulation. Das hier verwendete transgene
      Orexin/Ataxin-3 Mausmodell kommt der vermuteten
      Pathophysiologie der Narkolepsie sehr nahe. Die spezifische
      Expression des zytotoxischen Ataxin-3 Genprodukts unter der
      Kontrolle des Orexin Promoters führt zu einem progredienten
      Untergang der orexinergen Neurone. Ziel: Ziel der Arbeit war
      es, den Einfluss von Orexin auf die adulte Neurogenese in dem
      Orexin/Ataxin-3 Mausmodell zu untersuchen. Versuchsanordnung:
      Die adulte Neurogenese wurde im Bulbus olfactorius (OB), dem
      rostralen migratorischen Strom (RMS), in der SVZ und im HC
      immunhistologisch untersucht. Für die Untersuchung der
      Stammzellproliferation in der SGZ und SVZ und der Migration
      im RMS erhielten gesunde Wildtyp Mäuse und Orexin/Ataxin-3
      Mäuse (n=8 pro Gruppe) einmalig eine intraperitoneale
      Injektion von 100mg BrdU (Bromodeoxyuridine)/kg Körpergewicht
      2 Stunden bevor sie getötet wurden. Zur Untersuchung der
      Differenzierung und der Überlebensrate der neu gebildeten
      Zellen wurde jeder Maus BrdU als intraperitoneale Injektion
      an 5 aufeinander folgenden Tagen verabreicht (n=8 pro Gruppe)
      und die Versuchstiere wurden 30 Tage nach der letzten
      Injektion getötet. Ergebnisse: In den Orexin/Ataxin-3 Mäusen
      fanden wir eine signifikant höhere Proliferationsrate der
      Stammzellen in beiden neurogenen Zonen, der SGZ und der SVZ.
      Auch im RMS, in welchem die neu gebildeten Zellen aus der SVZ
      in den OB wandern, wurde eine tendenziell höhere Anzahl BrdU
      markierter Zellen in der Orexin/Ataxin-3 Gruppe gefunden
      (nicht signifikant). Zudem wurde im zweiten Versuchsteil eine
      tendenziell höhere Überlebensrate neu gebildeter Zellen im HC
      der Orexin/Ataxin-3 Mäuse sichtbar (nicht signifikant). Für
      die granuläre Zone des OB konnten wir dagegen eine
      signifikant höhere Überlebensrate in der Orexin/Ataxin-3
      Gruppe zeigen. In der periglomerulären Zone des OB fanden wir
      keinen Unterschied in der Überlebensrate. Der Einfluss der
      Orexin-Defizienz auf die Differenzierung der Neurone wurde
      durch eine Fluoreszenz-markierte Dreifachfärbung untersucht.
      Hier konnten wir zeigen, dass die neuronale Differenzierung
      der neugeborenen Zellen im HC mit 90 % in der Orexin/Ataxin-3
      Gruppe signifikant höher war als in der Kontrollgruppe mit
      nur 83 %. In der granulären und periglomerulären Zone des OB
      konnte kein signifikanter Unterschied in der neuronalen
      Differenzierungsrate gefunden werden (jeweils &gt; 90 %). Die
      dopaminerge Differenzierungsrate in der periglomerulären Zone
      des OB zeigte sich mit 93 % in der Orexin/Ataxin-3 Gruppe
      gegenüber 91 % bei den Wildtyp-Mäusen ebenso nicht
      signifikant erhöht. Interpretation: Hieraus kann geschlossen
      werden, dass im adulten Mäusegehirn in der Abwesenheit von
      Orexin die Proliferation der adulten neuronalen Stammzellen
      in der SVZ und SGZ gesteigert war. Zudem war die
      Überlebensrate der neugeborenen Zellen in der granulären Zone
      des OB signifikant erhöht. Im HC konnte dagegen kein
      signifikanter Unterschied in der Überlebensrate gezeigt
      werden. Für die neuronale Differenzierung konnte ein
      signifikanter Unterschied für den HC, nicht jedoch für den OB
      nachgewiesen werden. Die Ergebnisse führen zu der Annahme,
      dass Orexin die Proliferation der adulten neuronalen
      Stammzellen unterdrückt, sich auf die Überlebensrate der neu
      gebildeten Zellen im OB negativ auswirkt und die neuronale
      Differenzierung im HC erschwert.