Untersuchung axonaler Lenkungsmechanismen im Hippocampus der Maus in Abhängigkeit von SRF.

Abstract

In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass SRF ein wichtiger Regulator der hippocampalen Entwicklung ist, wobei der spezielle Fokus auf der Moosfaserentwicklung lag. Die erhaltenen Daten deuten darauf hin, dass es durch eine Deletion von SRF zu einer Störung der Aktinzytoskelettdynamik kommt. Als Folge dessen kommt es zu Migrationsdefekten der Zellkörner- und Pyramidalneurone, was schließlich zu einer Fehlleitung hippocampaler Moosfaseraxone führt. Ebenso wurde SRF eine Beeinflussung von Zelladhäsionsmolekülen zugewiesen, was als weitere Ursache für die Fehlsteuerung des Moosfasertraktes in Betracht gezogen wurde.

Axonale Lenkungsmoleküle spielen für die korrekte Verschaltung neuronaler Netzwerke eine unabdingbare Rolle. Die abgestimmte Wirkung attraktiver und repulsiver Moleküle ermöglicht dem axonalen Wachstumskegel sein finales Zielgebiet zu erreichen, wo schließlich Synapsen ausgebildet werden können. Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, wie Wachstumskegel die unterschiedlichen Instruktionen des attraktiven Lenkungsmoleküls BDNF und des vornehmlich repulsiv wirkenden Ephrin-A5 integrieren und welchen Effekt diese Interaktion auf die axonale Lenkung hippocampaler Neurone hat. In-vivo nahe Experimente deuten darauf hin, dass BDNF und Ephrin-A5 eine Rolle in der hippocampalen Moosfaserwegfindung spielen. Des Weiteren enthüllten in-vitro Daten, dass Ephrin-A5 der BDNF-induzierten Wachstumskegelmotilität entgegenwirkt. In SRF-defizienten Neuronen unterblieb dieser Effekt auf die Dynamik des Wachstumskegels hippocampaler Neurone. Western Blot Analysen zeigten, dass Ephrin-A5 die BDNF-induzierte ERK-Aktivität hemmt. Die Neurotrophin-induzierte Aktivierung des MAPK-Signalweges resultierte in einer Translokation von phosphoryliertem ERK in den Zellkern. Dieser Translokationsprozess blieb interessanter Weise nach Applikation von Ephrin-A5 aus. Durch Studien auf Genexpressionsebene konnte herausgefunden werden, dass die durch BDNF ausgelöste Signalweiterleitung in einer SRF-abhängigen Induktion von IEGs, z.B. c-fos, Egr1 und Arc, resultiert. Ephrin-A5 blockiert diesen BDNF-induzierten Effekt auf die Genexpression der IEGs. Zusammengefasst deuten die vorliegenden Daten auf eine Interaktion des EphA-Rezeptors und der Neurotrophine auf der Ebene der MAPK Signalweiterleitung sowie Genexpression. Diese Interaktion könnte nicht nur für die Entwicklung des zentralen Nervensystems relevant sein, sondern auch für andere bereits bekannte physiologische und pathophysiologische Funktionen der Ephrine und Neurotrophine, wie z.B. in der Angiogenese (Kraemer and Hempstead, 2003) oder auch Epilepsie (Gall and Lauterborn, 1992).

This work proves SRF as an important regulator of hippocampal development particular focussing on mossy fibre development. The data suggests a disorganisation of actin cytoskeletal dynamics due to deletion of SRF. As a consequence granule and pyramidal neurons show defects in migratory behaviour leading to misguided mossy fibre axons. Furthermore SRF was assigned to influence cell adhesion molecules, which can be seen as an additional cause for the process of misguided mossy fibre tract.

For the precise wiring of neuronal circuits, axon guidance cues play a pivotal role. The concerted action of repulsive and attractive molecules enables the axonal growth cone to reach its final target, where then synapses can be formed. With this work I aimed to investigate how growth cones integrate opposing signaling instructions by the attractive guidance cue brain derived neurotrophic factor (BDNF) and mainly repulsive acting ephrin-A5 and its effects on hippocampal axon guidance. In vivo like experiments suggest a role of BDNF and ephrin-A5 in hippocampal mossy fibre guidance. Furthermore in vitro data revealed a counteracting capacity of BDNF-evoked growth cone motility by ephrin-A5. Those alterations on growth cone dynamics failed in SRF-depleted hippocampal neurons. Western blot analysis showed that ephrin-A5 inhibited BDNF-induced ERK-posphorylation. Neurotrophin-induced activation of MAPK signaling pathway resulted in translocation of phosphorylated ERK into the nucleus. Interestingly, this translocation was prevented upon simultaneous application of ephrin-A5. Studies on gene expression level demonstrated that signaling propagation upon BDNF stimulation resulted in SRF-dependent IEG induction e.g. of c-fos, Egr1 and Arc. Ephrin-A5 antagonized this BDNF-evoked gene expression of IEGs. Taken together, the data suggests an interaction of EphA receptor and neurotrophins converging at the level of MAPK signaling and neuronal gene expression. This interaction might not be only relevant for the development of the nervous system but also for other physiological and pathological functions known to be regulated by neurotrophins and ephrins, as angiogenesis (Kraemer and Hempstead, 2003) or epilepsy (Gall and Lauterborn, 1992).