Role of polysialic acid and NCAM in interneuron development [Elektronische Ressource] / Iris Melanie Röckle

Iris Melanie Roeckle

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• Biologie

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• Publié par: gottfried_wilhelm_leibniz_universitat_hannover
• Publié le: 01 janvier 2011
• Nombre de lectures: 46
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 18 Mo

Extrait

Role of polysialic acid and NCAM in
interneuron development





Von der Naturwissenschaftlichen Fakultät
der Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
zur Erlangung des Grades
Doktorin der Naturwissenschaften
Dr. rer. nat.


genehmigte Dissertation


von
Dipl.-Biol. Iris Melanie Röckle
geboren am 09. Mai 1978 in Stuttgart



2010
Diese Arbeit wurde im Institut für Zelluläre Chemie der Medizinischen Hochschule
Hannover angefertigt.


Referent: Prof. Dr. Herbert Hildebrandt
Institut für Zelluläre Chemie
Zentrum Biochemie
Medizinische Hochschule Hannover
Carl-Neuberg-Str. 1, 30625 Hannover


Korreferent: Prof. Dr. Peter Claus
Institut für Neuroanatomie
Zentrum Anatomie
Medizinische Hochschule Hannover
Carl-Neuberg-Str. 1, 30625 Hannover


Drittprüfer: Prof. Dr. Anaclet Ngezahayo
Institut für Biophysik
Leibniz Universität Hannover
Herrenhäuser Straße 2, 30419 Hannover


Tag der Promotion: 08. März 2010











Schlagworte: Interneuronentwicklung, Polysialinsäure, Zelladhäsion
keywords: interneuron development, polysialic acid, cell adhesion
Erklärung zur Dissertation

Hierdurch erkläre ich, dass ich meine Dissertation mit dem Titel „Role of polysialic
acid and NCAM in interneuron development“ selbständig verfasst und die
benutzten Hilfsmittel und Quellen sowie gegebenenfalls die zu Hilfeleistung
herangezogenen Institutionen vollständig angegeben habe.

Die Dissertation wurde nicht schon als Masterarbeit, Diplomarbeit oder andere
Prüfungsarbeit verwendet.
Dissertation Iris Röckle Table of Contents

Table of Contents
Zusammenfassung................................................................................................. 1
Summary................................................................................................................ 2
Chapter 1 – General Introduction ........................................................................... 3
1.1 NCAM isoforms............................................................................................. 3
1.2 Developmental regulation and posttranslational modification of NCAM........ 4
1.3 PolySia biosynthesis..................................................................................... 6
1.4 Developmental regulation of polysialylation.................................................. 7
1.5 NCAM interactions and NCAM-mediated neurite outgrowth......................... 7
1.6 Tools for the analysis of polySia and NCAM functions ................................. 9
1.7 Mode of polySia function............................................................................. 10
1.8 PolySia in postnatal neurogenesis.............................................................. 12
1.9 Transgenic approaches to NCAM and polySia functions............................ 14
1.9.1 NCAM-deficient mice............................................................................ 14
1.9.2 Polysialyltransferase single knockout mice .......................................... 15
1.9.3 Polysialyltransferase double knock......................................... 17
1.10 PolySia and NCAM in neuropsychiatric disorders..................................... 18
1.11 Objectives................................................................................................. 20
Chapter 2 - Polysialic acid controls NCAM-induced differentiation of neuronal
precursors into calretinin-positive olfactory bulb interneurons.......................... 21
Chapter 3- Changes of GABAergic interneuron populations in the forebrain of
mice deficient for polysialic acid or NCAM ....................................................... 40
Chapter 4 – General Discussion........................................................................... 70
References........................................................................................................... 78
Abbreviations........................................................................................................ 93
Curriculum Vitae................................................................................................... 95
Publications.......................................................................................................... 96
Danksagung ......................................................................................................... 98
Dissertation Iris Röckle Zusammenfassung

Zusammenfassung
Das neurale Zelladhäsionsmolekül NCAM und seine außergewöhnliche
Glykosylierung mit Polysialinsäure (PolySia) sind eng mit der Entwicklung und
Plastizität des Nervensystems verbunden. PolySia verringert die Zelladhäsion auf
unspezifische Art und Weise und schafft dadurch permissive Bedingungen, z. B.
für die Migration neuraler Vorläuferzellen. PolySia reguliert jedoch auch
spezifische, NCAM-vermittlelte Interaktionen. Im Unterschied zur wohlbekannten
Migrationsstörung der Interneuron-Vorläuferzellen des olfaktorischen Bulbus in
PolySia-defizienten Mäusen, ist noch nicht geklärt, ob PolySia möglicherweise
deren Differenzierung sowie die Entwicklung kortikaler Interneurone beeinflusst.
Die hier vorliegende Doktorarbeit beinhaltet zwei Studien zur Rolle von NCAM und
PolySia in der Interneuronentwicklung in vitro und in vivo. In der ersten Studie
konnte mittels Primärkulturen von Neuroblasten der subventrikulären Zone der
Einfluss von PolySia auf die Differenzierung von Vorläuferzellen untersucht und
von der fördernden Wirkung auf die Migration getrennt werden. Das Entfernen von
PolySia förderte die Entstehung von Neuriten und die Reifung zu Calbindin-
positiven Interneuronen. Diese Reaktion konnte durch den Kontakt mit NCAM
imitiert und durch ein NCAM-bindendes Peptid unterbunden werden. Dies deutet
auf eine Beteiligung NCAM-spezifischer Interaktionen hin. Darüber hinaus führte
die Inkubation von Vorläuferzellen aus NCAM-knockout Mäusen mit einem
löslichen NCAM-Fc Fusionsprotein zu einer erhöhten Differenzierung, ein Befund,
der darauf hinweist, dass diese Reaktion durch heterophile NCAM Interaktionen
hervorgerufen wurde.
Abnorme Expression von NCAM und polySia wurde mit der Pathophysiologie von
Schizophrenie und anderen neuropsychiatrischen Erkrankungen in
Zusammenhang gebracht. Markante Veränderungen bei Schizophrenen betreffen
die Dichte der Interneuronen im präfrontalen Kortex und im Hippocampus, sowie
die Größe des olfaktorischen Bulbus. Im zweiten Teil meiner Arbeit wurde
untersucht, wie sich der Verlust von polySia auf bestimmte
Interneuronpopulationen auswirkt. Um unterscheiden zu können, ob Reduktion
von NCAM, Abnahme von polySia oder unzureichende Polysialylierung von NCAM
oder eventuell weiteren polysialylierten Molekülen zu Veränderungen führt,
wurden Mäuse mit unterschiedlich kombinierten Ncam1- und
Polysialyltransferase-Mutationen analysiert. Eine Auswertung maßgeblicher
Interneuron-Marker ergab, dass die Dichte Parvalbumin-positiver Zellen im
präfrontalen Kortex und Calbindin-positiver Zellen im olfaktorischen Bulbus in allen
polySia- oder NCAM-defizienten Mausstämmen verringert war. Dagegen nahm die
Dichte Parvalbumin-positiver Zellen in den CA Feldern des Hippocampus zu.
Zusammengefasst belegen diese Ergebnisse, dass Polysialinsäure auf NCAM für
die Entwicklung spezifischer GABAerger Interneuronsubtypen im Vorderhirn der
Maus unerlässlich ist und deuten darauf hin, dass PolySia die Migration und
Differenzierung von Interneuron-Vorläuferzellen über zwei unterschiedliche
Mechanismen beeinflusst.
1Dissertation Iris Röckle Summary

Summary
The neural cell adhesion molecule NCAM and its unique glycosylation with
polysialic acid (polySia) are tightly associated with neural development and
plasticity. PolySia attenuates cell adhesion in a non-specific manner and creates
permissive conditions for e.g. neural precursor migration. Alternatively, polySia
acts as a specific regulator of NCAM-mediated interactions. In contrast to the well-
known migration deficits of olfactory bulb interneuron precursors in polySia-
deficient mice, the potential impact of polySia on their differentiation as well as on
the development of cortical interneurons is unresolved.
The thesis presented here comprises two studies analyzing the role of NCAM and
polySia on interneuron development in vitro and in vivo. Using primary cultures of
subventricular zone-derived neuroblasts, the first study dissects the influence of
polySia on precursor differentiation from its func