Expression des axonalen Lenkungsfaktors Netrin-1 und dessen Rezeptors DCC im sich entwickelnden humanen Hirnstamm und Kleinhirn

Abstract

Um die Entwicklung des menschlichen Gehirns und insbesondere die Entwicklung des Kleinhirns und der präcerebellären Kerngebiete zu verstehen, ist es wichtig, das Verteilungsmuster von Wachstumsfaktoren zu kennen, welche für die neuronale Migration, die axonale Lenkung und das Überleben von sich entwickelnden Neuronen verantwortlich sind. Die bisherigen Daten zu diesen Faktoren entstammen ausschließlich Arbeiten am Tiermodell. Weil Netrin-1 und der Rezeptor DCC zwei der wichtigsten Vertreter dieser Faktoren sind, wurde in der vorliegenden Studie das Expressionsmuster des Wachstumsfaktors Netrin-1, dessen Rezeptors DCC und des Proliferationsmarkers Ki-67 im Hirnstamm und Kleinhirn von 23 humanen Feten im Zeitraum von der 13. bis zur 28. SSW untersucht. Gewebe mit neuropathologischen Alterationen war von der Studie ausgeschlossen. Das Expressionsmuster wurde mit immunhistochemischen Methoden visualisiert, wobei Antikörper gegen die untersuchten Faktoren eingesetzt wurden. Im Hirnstamm konnte Netrin-1 in hohen Konzentrationen im Bereich der Ventrikulärzone und der Mittellinie, sowie in den Kerngebieten der Hirnnerven und den präcerebellären Kernen festgestellt werden. Die Expression im Kleinhirn war in den Kleinhirnkernen und in den Körnerzellschichten am stärksten, wobei eine mit zunehmendem Alter signifikante Abnahme der Netrin-1-Expression in der inneren Körnerzellschicht beobachtet wurde. Der Rezeptor DCC zeigte im Bereich der Mittellinie ein schwaches Expressionsmuster im Vergleich zu Netrin-1, wohingegen die Expression in den Hirnnervenkernen deutlich ausgeprägt war. In den Kleinhirnschichten konnte ein signifikant unterschiedliches Expressionsmuster gezeigt werden. Die Expression des Proliferationsmarkers Ki-67 zeigte sich wie erwartet in der ventrikulären Proliferationszone und in der äußeren Körnerzellschicht. Die Ergebnisse dieser Arbeit geben Grund zu der Annahme, dass Netrin-1 über seinen Rezeptor DCC sowohl bei der Entwicklung der präcerebellären Kerngebiete und der Hirnnerven, als auch bei der regelrechten Entwicklung des cerebellären Kortex eine entscheidende Rolle spielt. Alle Ergebnisse im humanen Gewebe weisen Analogien zu Daten aus tierexperimentellen Studien auf, was zu der These führt, dass Tiermodelle in diesem ethisch schwierigen Bereich ein geeignetes Mittel sind, um auch die menschliche Entwicklung zu verstehen.

Human fetal brainstem and cerebellar development is basically characterized by molecular factors influencing neuronal precursor migration, axon guidance and neuronal survival. These energy-consuming functions depend on continuous blood supply, which is guaranteed by angiogenic processes. Netrin-1 and its receptor DCC are well characterized in murine development, as axon guidance molecules, proangiogenic and promigratory factors, as well as cell survival factors, which is guaranteed by the so called dependence receptor function. There is hardly any data dealing with the distribution of DCC and Netrin-1 in human fetal brainstem and cerebellar development. We investigated 23 human fetal (age: 12nd-28th week of gestation) brainstem and cerebellar formaline fixed and paraffin embedded specimens by means of immunohistochemistry with antibodies against Netrin-1 and the receptor DCC. For detection of proliferative areas we also accomplished immunohistochemistry with an antibody against the Ki-67-protein. A semiquantitative score for staining intensity and frequency was applied for the developing cerebellar cortical layers, brainstem and cerebellar nuclei, as well as endothelial cells of preformed vessels. In the brainstem high concentrations of Netrin-1 were detected in the ventricular zone and the midline, as well as in the cranial nerves nuclei and the precerebellar nuclei. Expression in the cerebellum was distinctly higher in the cerebellar nuclei and the granule layers. There was a significant decrease of Netrin-1-expression with increasing age in the internal granule layer. Compared to Netrin-1, its receptor DCC showed a weaker expression pattern in the midline area, whereas the expression in the cranial nerves nuclei was clearly higher. The cerebellar cortex showed significantly higher expression in the granule layers compared to weak expression in the molecular layer. Almost all endothelial cells showed massive Netrin-1-expression with hardly any DCC-immunoreactivity. As expected the ventricular zone and the external granule layer, both areas of high proliferation, showed a distinct expression of the Ki67-Protein. Regarding this data we suppose that Netrin-1 via its receptor DCC might play a role in the development of human precerebellar nuclei and cranial nerves, as well as in the proper formation of the human cerebellum. Upregulation of Netrin-1 on endothelial cells without DCC expression underlines the influence of Netrin-1 on angiogenesis via another probable pathway and receptor. The data in human tissue shows analogies to data from animal studies, which leads to the hypotheses, that animal models might be an adequate instrument to understand human development.