Jagged1 regulates adult neural stem cell maintenance and multipotency through activation of Notch1

Ein Dogma der Neurobiologie, das über einen langen Zeitraum vorherrschte, nämlich dass Gehirne adulter Säugetiere nicht dazu in der Lage seien neue Neuronen zu produzieren erwies sich vor ungefähr einer Dekade schliesslich als falsch. Fortwährende Neurogenese im adulten Säugetiergehirn wird unterdessen weithin akzeptiert, aber die Mechanismen, welche die Entwicklung und Differenzierung der adulten neuralen Stammzellen steuern, sind noch <br>grösstenteils unbekannt. Dem Ziel, die grundlegenden Mechanismen der Neurogenese im adulten Gehirn zu Verstehen, kommt angesichts der möglichen Behandlungen von neurologischen Krankheiten wie auch Verletzungen welche Neuronen des zentralen Nervensystems (ZNS) beschädigen grosse Bedeutung zu. Mutmassliche neurale Stammzellen (NSZ) sind von verschiedenen Regionen des postnatalen ZNS isoliert worden, aber Epidermal Growth Factor (EGF) abhängige Stammzellen der Subventrikulär Zone (SVZ) sind die bis jetzt am besten beschriebenen. Von Notch-Delta Signalmolekülen weiss man, dass sie in <br>Entwicklungsentscheidungen vieler Gewebe in Organismen von Drosophila bis hin zum Menschen involviert sind. Sowohl der Notch Rezeptor als auch dessen Liganden Delta und Jagged sind Transmembraneproteine, die direkten Zell-Zell Kontakt benötigen um ein aktives Signal hervorzurufen. Jagged1 gehört der Familie Delta-Serrate-Lag2 (DSL) der Notch Liganden an und ist das einzige DSL Molekül, das in der SVZ der adulten Maus exprimiert wird. Wir stellen hiermit eine Studie vor die aufzeigt, dass adulte NSZ die aus der SVZ von <br>frühen postnatalen Mäusen isoliert wurden vom Notch Signalweg abhängig sind. Wir <br>unterstützen die in vitro Daten, indem wir zum ersten Mal in vivo die Stammzellnische im adulten Mäusegehirn veranschaulichen. Mit bedingter Gen-inaktivierung konnten wir zeigen, dass Jagged1 mittels seiner Wirkung durch Notch1 in der Aufrechterhaltung und in der Differenzierung der adulten neuralen Stammzellen ein zentrales Element ist. Als Folge der Inaktivierung <br>von Jagged1 können multipotente neurale Stammzellen ihr Stammzell-ähnliches <br>Potential nicht beibehalten und verlieren ihre Fähigkeit sich selbst zu replizieren. Neurosphären (NS) sind in Kultur gehaltene, durch klonale Expansion einer einzelnen NSZ entstandene und aus bis zu mehreren Hundert Zellen bestehende ballförmige Strukturen. Jagged1 defiziente NS enthalten 5-mal weniger NSZ pro Sphäre als Kontroll-Kulturen (1.7 +/- 0.53 zu 7.6 +/- 0.16). Jedoch sind Jagged1-defiziente adulte neurale Stammzellen noch in <br>der Lage, Neuronen, Astroglia und Oligodendrozyten zu bilden in vergleichbaren <br>prozentualen Anteilen wie Wildtyp-Zellen. Mittels semiquantitativer RT-PCR konnte aufgezeigt werden, daß die direkten Ziele des Notch-Signalwegs, die Transkripte von Hes1 und Hes5 ein verringertes Exprimierungs-Niveau nach Entfernung von Jagged1 zeigen. Diese Resultate konnten nach bedingter Entfernung von Notch1 aus den neuralen Stammzellen in vitro pheno-kopiert werden. Entfernung des Rezeptors Notch1 führte zu einer sogar noch <br>drastischeren Verringerung der Zahl von NSZ pro Sphäre nach der Infektion verglichen mit Kontrollen (0.04 +/- 0.01 zu 8.1 +/- 1.1). Wir verwendeten lösliches Jagged1-Fc (sJ1) um zu überprüfen ob damit die Zahl der NSZ pro Sphäre erhöht werden kann. Kultivierten wir NSZ ohne EGF fanden wir, dass sJ1 das NS-Wachstum in einer konzentrationsabhängigen Weise anregte. Dies zeigte, daß sJ1 EGF als sphärogener Faktor für NSZ in vitro ersetzen kann. In vivo charakterisierten wir die Stammzellnische, als aus entlang der SVZ liegenden Zellen bestehend, die Jagged1 und GFAP (Glial Fibric Acidic Protein, ein Gliazellen-Marker) exprimieren und an Notch1 exprimierende Zellen angrenzen. Wir schlussfolgern, dass ein Jagged1 vermitteltes Notch1 Signal von adulten neuralen Stammzellen zur Aufrechterhaltung von Multipotenz und Selbsterneuerung benötigt wird. Weitere Experimente müssen die Funktion des Notch Signals in NSZ in vivo klären. <br>Sowohl Notch1- wie Jagged1-null Mäuse sterben früh embryonal. Daher wird eine zeitlich <br>und räumlich eingeschränkte Inaktivierung dieser Gene benötigt. Nestin ist ein intermedial filament Protein, das allgemein als Marker für undifferenzierten Vorläuferzellen verwendet wird.

Author dc:creator

• Nyfeler, Yves

Contributors dc:contributor

• Kemler, Rolf

• Neural
• Jagged1
• Notch1
• Adult
• Stammzellen
• NSC

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