Neuronale Stammzellbiologie am erwachsenen Organismus ist zu einem bedeutenden Schwerpunkt geworden in den Neurowissenschaften, aufgrund der potentiellen Anwendbarkeit von Stammzellen für die modernen Medizin um den Verlust von Neuronen in neurodegenerativen Krankheiten oder nach Verletzungen des Nervensystems zu kompensieren. Wir sind immer noch in der Anfangsphase, in der wir versuchen die Mechanismen zu Entziffern, die die Erhaltung, Recrutierung und Differenzierung neuronaler Stammzellen bewirken. In der vorliegenden Studie haben wir den Zebrafisch als Modellorganismus benutzt, um das Potential und die Teilungsfähigkeiten einer gut beschriebenen neuronalen Stammzellpopulation zu untersuchen. Diese Stammzellpopulation wurde zuerst beschrieben im Zebrafisch Embryo, dort bildet sie einen Vorläuferzell-pool (der “dazwischenliegende Zone” genannt wird) am Übergang zwischen Mittelhirn und Hinterhirn. Zum Teil wird der Übergang erhalten durch die Expression des bHLH Neurogenese-Verhinderungs- Faktors Her5. Weiterhin konnte unser Labor zeigen, das diese Zellen bis ins Erwachsenenalter der Fische erhalten bleiben. Dort bilden sie eine Population neuronaler Stammzellen im erwachsenen Fisch: erwachsene her5-positive Zellen exprimieren bekannte Gene von Vorläuferzellen, sind selbsterneuernd und bilden Nerven- und Glia-Zellen im Zebrafisch. Da diese Analyse auf dem Populations Level durchgeführt wurde, wäre es interessant zu untersuchen, inwieweit diese Ergebnisse auf einzelne Zellen übertragen werden können. Aus diesem Grund transplantierte ich einzelne her5-exprimierende Zellen aus dem erwachsenen Gehirn eines her5:gfp transgenen Zebrafisch in Zebrafischembryonen im Sphäre Stadium und untersuchte die Zellen die dieser Transplantation entstammten. Um die Abkömmlinge der transplantierten Zellen zu untersuchen, wurden die Zellen mit dem Histon:gfp Transgen ausgestattet, das den Zellkern markiert und die Ergebnisse wurden verglichen mit dem Potential transplantierter embryonaler Stammzellen, Neuronen erwachsener Zebrafische und Glia Zellen erwachsener Zebrafische. Diese in vivo Methode erlaubt es direkt das Potential der Zellen zu bestimmen unter Bedingungen wie sie im lebenden Organismus vorliegen, im Gegensatz zu dem gewöhnlich benutzten Neurosphere-assay. Ich verglich das Schicksal der erwachsenen her5-positiven Zellen mit dem transplantierter embryonaler her5-positiver Vorläuferzellen, Nervenzellen des erwachsenen Zebrafisch und Gliazellen des erwachsenen Zebrafisch. Ich konnte zeigen, dass erwachsene her5-exprimierende Vorläuferzellen in ihrer neuen Umgebung überleben, sich teilen können und Neuronen und nicht-neuronale postmitotische Zellen generieren. Einzelne her5-exprimierende Zellen des erwachsenen Zebrafisches generieren Nachkommen mit nur einem Zellschicksal, wohingegen embryonale her5-exprimierende Zellen Nachkommen mit verschiedenem Schicksal generieren. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, das die Population her5-exprimierender Zellen im erwachsenen Zebrafischgehirn aus verschiedenen, in ihrem Schicksal festgelegten Vorläuferzellen besteht. Eine weitere interessante Beobachtung ist, dass sich embryonale her5-exprimierende Zellen viel häufiger teilen können als ihre erwachsenen Gegenstücke, folglich ist ihr Zellzyklus schneller. Da dies die Zellzykluseigenschaften der Zellen vor der Transplantation beschreibt, zeigen meine Experimente, das die Unterschiede der Zellzyklusgeschwindigkeit von embryonalen im Gegensatz zu erwachsenen Vorläuferzellen intrinsisch kodiert ist.
Um darüberhinaus erwachsene, neuronale Stammzellen zu charakterisieren, versuchte ich Faktoren zu etablieren, die den Teilungsmodus im Zebrafisch kennzeichnen. Vorläuferzellen können sich entweder symmetrisch oder asymmetrisch teilen, und können entweder differenzierende oder nicht-differenzierende Vorläufer produzieren (zum Beipiel Neuronen, in diesem Fall wird die Teilung neurogenetisch genannt). In der Maus und dem Huhn kann die neurogenetische Teilung identifiziert werden durch die Expression bestimmter Gene, z.B. minibrain, btg2 and prominin. Ich identifizierte, klonierte homologe Gene im Zebrafisch und untersuchte ihre Expression im Zebrafisch Gehirn. Ich fand das die homologen Gen für alle drei Gene im und um Proliferationszonen im erwachsenen Gehirn exprimiert werden, dadurch konnte ich sie identifizieren als potentielle Kandidaten, um die neurogenetische Teilung in diesem System zu markieren.
Zusammengefasst, etablierte ich die verschiedensten Techniken im Zebrafisch, welche die Transplantation von erwachsenen Zellen in Embryonen beinhaltete und charakterisierte die Eigenschaften einzelner, erwachsener, neuronaler Stammzellen. Weiterhin etablierte ich Faktoren, die zur Markierung der neurogenetischen Teilung genutzt werden können und die dabei helfen können Eigenschaften der neuronalen Stammzellen mit einem bestimmten Teilungsmodus in Beziehung zu setzen.
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Neuronale Stammzellbiologie am erwachsenen Organismus ist zu einem bedeutenden Schwerpunkt geworden in den Neurowissenschaften, aufgrund der potentiellen Anwendbarkeit von Stammzellen für die modernen Medizin um den Verlust von Neuronen in neurodegenerativen Krankheiten oder nach Verletzungen des Nervensystems zu kompensieren. Wir sind immer noch in der Anfangsphase, in der wir versuchen die Mechanismen zu Entziffern, die die Erhaltung, Recrutierung und Differenzierung neuronaler Stammzellen bew...
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