Identifizierung neuer Funktionen SRF-vermittelter Genexpression beim Aufbau neuronaler Netzwerke

Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden neue Funktionen des Serum Response Factors (SRF) beim Aufbau neuronaler Netzwerke entdeckt:

Im Manuskript 1 (Stritt et al., 2009) wurde die Transkription von Genen auf genomweiter Ebene im Gehirn von wildtypischen und SRF-defizienten Mäusen verglichen. Durch die Analyse der GeneChip-Daten ging hervor, dass myelin- und oligodendrocytenspezifische Gene in den Srf Mutanten drastisch herunterreguliert waren. Hieraus vermutete Defekte in der axonalen Myelinisierung und in der Oligodendrocytendifferenzierung konnten in vivo und in vitro in den Srf Mutanten bzw. in SRF-defizienten Zellkulturen bestätigt werden. Damit wurde eine völlig neue Rolle von SRF als Regulator der Myelinisierung und Oligodendrocytendifferenzierung aufgedeckt. Durch weitere Untersuchungen wurde das insulin growth factor binding protein CTGF (connective tissue growth factor) im Gehirn als SRF-reguliertes Signalmolekül identifiziert, das von Neuronen sekretiert wird. Unsere Ergebnisse ergaben zusammenfassend, dass neuronales SRF über CTGF auf parakrine Weise die Myelinisierung und Oligodendrocytendifferenzierung beeinflussen kann, indem CTGF auf die Insulinsignalgebung wirkt und die fördernde Wirkung von insulin growth factors (IGFs) auf die Myelinisierung antagonisiert.

Im Manuskript 2 (Stern et al., 2009) der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass Aktin nicht nur die Funktion als Bestandteil des zytoplasmatischen Zellgerüsts ausübt, sondern dass Aktin-Signalgebung in Neuronen aktiv an SRF-vermittelter Genexpression beteiligt ist, wodurch neuronale Motilität moduliert wird.

Im Manuskript 3 (Stritt and Knöll, 2009) dieser Arbeit wurden neue Funktionen von SRF in der hippocampalen Entwicklung identifiziert. Histologische Untersuchungen ergaben, dass SRF im Hippocampus Aufbau von Zell- und Faserschichten, Dendritenwachstum und die Bildung dendritischer Dornfortsätze reguliert. Da die in den Srf Mutanten beobachteten Defekte in der hippocampalen Entwicklung stark an Mutanten des Reelin-Signalweges erinnerten, wurde außerdem eine mögliche Interaktion zwischen SRF und Reelin analysiert. Hierbei konnte gezeigt werden, dass SRF den Ort der Reelin-Signalgebung beeinflusst, da in Srf Mutanten Reelin-exprimierende Zellen ektopisch lokalisiert waren. Des Weiteren konnte eine durch Reelin induzierte Signalkaskade in SRF-vermittelter Transkription resultieren. Zusätzlich konnte festgestellt werden, dass Reelin und SRF gemeinsam Neuritenwachstum regulieren, wobei SRF eventuell als Mediator von Reelin-induziertem Neuritenwachstum fungiert.

In the present study we could identify new functions of the Serum Response Factor (SRF) during the development of neuronal networks:

Within manuscript 1 (Stritt et al., 2009) we compare gene expression on a genome-wide level between brains of wildtype and SRF-deficient mice. Analysis of the GeneChips revealed that genes, associated with myelination and differentiation of oligodendrocytes, were strongly downregulated in Srf mutants. We therefore concluded that axonal myelination and oligodendrocyte differentiation might be affected in Srf mutants. Indeed, we could in vivo and in vitro observe severe defects in myelination and oligodendrocyte differentiation, both, in Srf mutants, as well as in SRF-deficient cultures. Thus, we uncovered a new role of SRF in regulating myelination and oligodendrocyte differentiation during brain development. We identified CTGF (connective tissue growth factor) - an insulin growth factor binding protein, that can be secreted by neurons - to be regulated by SRF. Altogether, our results showed, that neuronal SRF can regulate myelination and oligodendrocyte differentiation in a paracrine manner, by transcriptionally regulating Ctgf, whose gene product can affect Insulin signaling and can counteract IGF1 (insulin growth factor1)-stimulated oligodendrocyte differentiation.

In manuscript 2 (Stern et al., 2009) of the present work we could show, that actin not only functions in neurons as a part of the cytosceleton, but is also actively functioning as a signal mediator, involved in SRF-dependent gene expression, that leads to neuronal motility.

In manuscript 3 (Stritt and Knöll, 2009) of this work we identified new functions of SRF in hippocampal development. Immunohistological studies revealed that SRF regulates hippocampal lamination, dendritic branching and dendritic spine number. As these phenotypes observed in Srf mutants resemble mice lacking components of the Reelin signaling cascade, we analysed a potential interaction between SRF and Reelin signaling. In support of such an interaction, our data indicate that SRF influences location of Reelin-expressing cells. We also observed that Reelin can activate SRF-dependent gene transcription. Additionally, we could show that Reelin and SRF act together in regulating neurite outgrowth, with SRF being a mediator of Reelin-induced neurite outgrowth.