Identifizierung und Charakterisierung von neuen Genen für die ...
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- 138 - eingesetzt und wirkt stabilisierend auf die Stimmung, was insbesondere bei Depressionen vorteilhaft ist. Über den Mechanismus seiner Wirkung ist wenig bekannt und auch hier erschöpft sich die Feststellung der Konzentrationsabsenkung. Denkbar wäre, dass diese durch gesteigerte Aktivität seitens des Repressors AP-2rep zustande kommen könnte, so dass man auch dessen Konzentrationsverlauf während einer Behandlung mit LiCl verfolgen sollte bzw. darauf achten, auf welche anderen Arten (z.B. Phosphorylierung) dieser aktivierbar sein könnte. In einer weiteren Veröffentlichung (Coelho, Sims et al. 2005) wird auf geschlechtsspezifisch unterschiedliche Expression von AP-2 hingewiesen, die insbesondere in solchen Hirnstrukturen vorkommt, die für soziale Verhaltensweisen und das Fortpflanzungsverhalten sowie mit der Verarbeitung von Stress und Aufmerksamkeit, also sehr dynamischen Prozessen, verbunden sind. Die Herstellung einer Knock-out-Maus könnte interessant sein, um der Frage nach zu gehen, was eine Ausweitung der AP-2-Expression durch Ausschalten seiner regionalisierten Repression für Veränderungen während der Cortex-Entwicklung oder unter wechselnden Einflüssen und Verhaltensweisen bringt. Insbesondere könnte untersucht werden, wie der Zusammenhang mit der LiCl-Behandlung beeinflusst würde. Um sich hier auf die Wirkungen im Gehirn zu spezialisieren wäre ein konditionaler Knock-out nahe liegend. Zudem müsste die genaue Relation der Expression von AP-2rep und seinem Zielgen AP-2α zu den gleichen Entwicklungsstadien geklärt werden, inwieweit Überlappung oder Ausschluss vorliegt. Hier ist nicht nur von einer räumlichen, sondern auch sehr zeitabhängigen Regulation während der Entwicklung auszugehen. Auswahl des Gens TRIM46 zur detaillierteren Analyse Das Gen TRIM46 wurde aus Klon 140 annotiert. Die Fold Changes von TRIM46 deuteten zwar auf eine regionale Expression im cerebralen Cortex hin, jedoch war der Unterschied im Vergleich zu Vorhersagen für andere regionalisierte Gene eher durchschnittlich. So wurde nur ein Expressionsunterschied vom ganzen Gehirn zum Körper von dem Faktor 2 festgestellt. Tatsächlich ist das Gen sowohl im Gehirn wie im Körper exprimiert, dort allerdings jeweils in einer sehr lokalisierten Form, wie sich später herausstellte. Durch die Expression in Arterien, die den ganzen Körper durchziehen, wird die regionale Expression überlagert, so dass mit verschiedenen Versuchen der Eindruck von nur einer geringen Lokalisation erweckt wurde. Dieser Eindruck konnte erst durch die detaillierte Betrachtung unter dem Mikroskop mit ISH, Immun- und lacZ-Färbungen widerlegt werden, während Methoden wie Northern-Blot oder auch Microarray-Analyse ganze Organe gepoolt betrachten ohne die Möglichkeit einer Diskriminierung auf zellulärer Ebene. Das Gen TRIM46 ist also stärker regionalisiert exprimiert als es die Microarray-Analyse vorhersagte. Dabei lag die Chip-Vorhersage aber qualitativ richtig, wie sie das Expressionsmaximum im Hippocampus annahm, nur das Ausmaß wurde unterschätzt. Das Gen TRIM46 gehört zu einer großen Proteinfamilie, von der bereits viele Vertreter bekannt sind und für verschiedene Krankheiten beim Menschen verantwortlich zeichnen, wie in der Einleitung aufgeführt. Dies war auch zusammen mit den Expressionsdaten ein Grund für die Auswahl dieses Gens für eine detailliertere Analyse, da ein Phänotyp im Knock-out wahrscheinlich sein sollte in diesem Kontext. Mögliche Redundanzen wurden derart ausgeschlossen bzw. minimiert, indem die veröffentlichten Expressionsgebiete der nächsten Verwandten verglichen und als nicht oder wenig überlappend befunden wurden. Allerdings kann funktionelle Redundanz von anderen nicht sequenzhomologen Proteinen grundsätzlich nie ausgeschlossen werden. Für den Knock-out wurde die Sequenz des Gens β-Galactosidase mit der von dem originalen TRIM46 in dessen Genlokus ausgetauscht, so dass in den geborenen hetero- wie homozygoten Embryonen und adulten Tieren eine Färbung mittels x-gal den Expressionsbereich markierte. Somit konnten die
- 139 - Expressionsdaten der ISH reproduziert und verbessert werden, wobei die lacZ-Färbung mit x-gal geringeren Hintergrund produzierte. Während der Embryogenese fiel ab Stadium E9 zuerst die Expression in Blutgefäßen auf, wobei die großen Arterien, nicht jedoch Venen betroffen waren. Im weiteren Verlauf der Entwicklung kamen immer mehr sich neu bildende Arterien hinzu, so dass das Gen als spezifisch für wachsende Arterien angesehen werden kann. In ausgewachsenen adulten Arterien hingegen verblasste die Blaufärbung nach und nach, so dass eine Funktion während der Bildung angenommen werden sollte. Diese Annahme wird untermauert durch die Beobachtung eines Wiederauftretens von TRIM46-Expression bzw. lacZ-Färbung in neu wachsenden Arterien im Adulten, wie dies bei einem Tumor beobachtet wurde oder bei verletztem Gewebe in der Lunge. Die Spezifität für Arterien wurde durch Ko-Lokalisation mit arterienspezifischen Markergenen wie VEGFR2 und Neuropilin-1 bestätigt, währenddessen Venen mit ihren Markergenen wie Neuropilin-2 kein gemeinsames Vorkommen mit TRIM46 bzw. lacZ-Färbung zeigten. Innerhalb der Arterien konnte die Expression auf die innerste dem Lumen anliegende Zellschicht der Endothelzellen präzisiert werden, was einmal durch entsprechende hohe Vergrößerungen direkt sichtbar wurde und andererseits wieder durch Ko-Lokalisation mit endothelzellspezifischen Markerproteinen wie PECAM-1 gezeigt werden konnte. Hingegen zeigten Markergene für andere Zelltypen in Arterien, insbesondere Perizyten (NG2, PDGFR-β) dieses nicht. Die Spezifität für Endothelzellen blieb nicht auf Arterien beschränkt, sondern es zeigte sich TRIM46- Expression auch in anderen Endothelien, der Darmmucosa, der Harnblase, den Bronchien in der Lunge wie auch den Lungenbläschen, den Nierentubuli, dem Epithel des Plexus choroideus, der den Liquor cerebrospinalis produziert und dem Innenohr. Es wäre eine nahe liegende Frage, ob TRIM46 in allen diesen Endothelien eine bestimmte, endothelspezifische Funktion ausübt oder für eine bestimmte allgemeine Eigenschaft und Gemeinsamkeit von diesen Endothelien verantwortlich zeichnet. Dieser Frage wurde durch Vergleich der Morphologie der Endothelien unter dem Mikroskop zwischen homozygoten TRIM46-KO und heterozygoten sowie Wildtypen nachgegangen, wobei auch immer wieder die Expressionen verschiedener Markergene betrachtet wurden. Dabei zeigte sich keine auffällig erkennbare Veränderung in der Anatomie dieser Endothelien. Die Rolle von TRIM46, sofern sie nicht doch redundant sein sollte, dürfte folglich auf andere Funktionen oder Eigenschaften statt der offensichtlichen Morphologie bezogen sein. Die Expression im Gehirngewebe, also jenseits der Gehirnarterien, tritt erst ab Stadium E13 und E14 in Erscheinung. Bezüglich des Cortex und seiner drei in unserem Cortex-Screen betrachteten Stadien ist TRIM46 dann allerdings genauso wie Klon 103 ein Vertreter für eine eher intrinsische Determination corticaler Identitäten. Im Cortex selber ist seine Expression auf die Schichten 5 und 6 beschränkt, also nicht nur regionen-, sondern auch schichtenspezifisch. Die Hauptexpression liegt im Hippocampus und dort im Gyrus dentatus und der Region CA2, aber auch in den beiden anderen Regionen CA1 und CA3. Zudem findet sich nennenswerte Expression in der Amygdala und dem entorhinalen und piriformen Cortex. Hippocampus und Amygdala sind Bestandteile des Archicortex, einer evolutiv älteren Vorläuferstruktur, die mit dem Cortex aber in intensiver Verbindung steht und diesem hinsichtlich bestimmter Funktionen wie Gedächtnisausbildung sogar hierarchisch übergeordnet ist. Die Amygdala ist des Weiteren mit dem limbischen System verbunden und sorgt für emotionale Einfärbung von Erinnerungen bzw. emotionale Erinnerungen, wohingegen der Hippocampus die Eindrücke aus dem Cortex in Bezug auf deren räumlichzeitlichen Zusammenhänge verarbeitet. So zeigen beispielsweise Taxifahrer in London, die den ganzen Stadtplan auswendig lernen müssen, um eine Lizenz zu erhalten, eine Vergrößerung des Hippocampusgewebes. Der entorhinale Cortex stellt eine Übergangszone zwischen Archicortex und Neocortex dar. Der entorhinale Cortex besitzt reziproke Projektionen mit allen primären und sekundären Rindenfeldern, die engsten Beziehungen bestehen jedoch mit dem Hippocampus. Zudem ist er Teil des limbischen Systems. Das System entorhinaler Cortex/Gyrus dentatus diente in vielen Experimenten als Modell zum Studium
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Expressionsdaten der ISH reproduziert <strong>und</strong> verbessert werden, wobei <strong>die</strong> lacZ-Färbung mit x-gal<br />
geringeren Hintergr<strong>und</strong> produzierte.<br />
Während der Embryogenese fiel ab Stadium E9 zuerst <strong>die</strong> Expression in Blutgefäßen auf, wobei <strong>die</strong><br />
großen Arterien, nicht jedoch Venen betroffen waren. Im weiteren Verlauf der Entwicklung kamen immer<br />
mehr sich neu bildende Arterien hinzu, so dass das Gen als spezifisch <strong>für</strong> wachsende Arterien angesehen<br />
werden kann. In ausgewachsenen adulten Arterien hingegen verblasste <strong>die</strong> Blaufärbung nach <strong>und</strong> nach, so<br />
dass eine Funktion während der Bildung angenommen werden sollte. Diese Annahme wird untermauert<br />
durch <strong>die</strong> Beobachtung eines Wiederauftretens <strong>von</strong> TRIM46-Expression bzw. lacZ-Färbung in neu<br />
wachsenden Arterien im Adulten, wie <strong>die</strong>s bei einem Tumor beobachtet wurde oder bei verletztem<br />
Gewebe in der Lunge.<br />
Die Spezifität <strong>für</strong> Arterien wurde durch Ko-Lokalisation mit arterienspezifischen Markergenen wie<br />
VEGFR2 <strong>und</strong> Neuropilin-1 bestätigt, währenddessen Venen mit ihren Markergenen wie Neuropilin-2 kein<br />
gemeinsames Vorkommen mit TRIM46 bzw. lacZ-Färbung zeigten.<br />
Innerhalb der Arterien konnte <strong>die</strong> Expression auf <strong>die</strong> innerste dem Lumen anliegende Zellschicht der<br />
Endothelzellen präzisiert werden, was einmal durch entsprechende hohe Vergrößerungen direkt sichtbar<br />
wurde <strong>und</strong> andererseits wieder durch Ko-Lokalisation mit endothelzellspezifischen Markerproteinen wie<br />
PECAM-1 gezeigt werden konnte. Hingegen zeigten Markergene <strong>für</strong> andere Zelltypen in Arterien,<br />
insbesondere Perizyten (NG2, PDGFR-β) <strong>die</strong>ses nicht.<br />
Die Spezifität <strong>für</strong> Endothelzellen blieb nicht auf Arterien beschränkt, sondern es zeigte sich TRIM46-<br />
Expression auch in anderen Endothelien, der Darmmucosa, der Harnblase, den Bronchien in der Lunge<br />
wie auch den Lungenbläschen, den Nierentubuli, dem Epithel des Plexus choroideus, der den Liquor<br />
cerebrospinalis produziert <strong>und</strong> dem Innenohr.<br />
Es wäre eine nahe liegende Frage, ob TRIM46 in allen <strong>die</strong>sen Endothelien eine bestimmte,<br />
endothelspezifische Funktion ausübt oder <strong>für</strong> eine bestimmte allgemeine Eigenschaft <strong>und</strong> Gemeinsamkeit<br />
<strong>von</strong> <strong>die</strong>sen Endothelien verantwortlich zeichnet. Dieser Frage wurde durch Vergleich der Morphologie der<br />
Endothelien unter dem Mikroskop zwischen homozygoten TRIM46-KO <strong>und</strong> heterozygoten sowie<br />
Wildtypen nachgegangen, wobei auch immer wieder <strong>die</strong> Expressionen verschiedener Markergene<br />
betrachtet wurden. Dabei zeigte sich keine auffällig erkennbare Veränderung in der Anatomie <strong>die</strong>ser<br />
Endothelien. Die Rolle <strong>von</strong> TRIM46, sofern sie nicht doch red<strong>und</strong>ant sein sollte, dürfte folglich auf andere<br />
Funktionen oder Eigenschaften statt der offensichtlichen Morphologie bezogen sein.<br />
Die Expression im Gehirngewebe, also jenseits der Gehirnarterien, tritt erst ab Stadium E13 <strong>und</strong> E14 in<br />
Erscheinung. Bezüglich des Cortex <strong>und</strong> seiner drei in unserem Cortex-Screen betrachteten Sta<strong>die</strong>n ist<br />
TRIM46 dann allerdings genauso wie Klon 103 ein Vertreter <strong>für</strong> eine eher intrinsische Determination<br />
corticaler Identitäten. Im Cortex selber ist seine Expression auf <strong>die</strong> Schichten 5 <strong>und</strong> 6 beschränkt, also<br />
nicht nur regionen-, sondern auch schichtenspezifisch. Die Hauptexpression liegt im Hippocampus <strong>und</strong><br />
dort im Gyrus dentatus <strong>und</strong> der Region CA2, aber auch in den beiden anderen Regionen CA1 <strong>und</strong> CA3.<br />
Zudem findet sich nennenswerte Expression in der Amygdala <strong>und</strong> dem entorhinalen <strong>und</strong> piriformen<br />
Cortex.<br />
Hippocampus <strong>und</strong> Amygdala sind Bestandteile des Archicortex, einer evolutiv älteren Vorläuferstruktur,<br />
<strong>die</strong> mit dem Cortex aber in intensiver Verbindung steht <strong>und</strong> <strong>die</strong>sem hinsichtlich bestimmter Funktionen<br />
wie Gedächtnisausbildung sogar hierarchisch übergeordnet ist. Die Amygdala ist des Weiteren mit dem<br />
limbischen System verb<strong>und</strong>en <strong>und</strong> sorgt <strong>für</strong> emotionale Einfärbung <strong>von</strong> Erinnerungen bzw. emotionale<br />
Erinnerungen, wohingegen der Hippocampus <strong>die</strong> Eindrücke aus dem Cortex in Bezug auf deren räumlichzeitlichen<br />
Zusammenhänge verarbeitet. So zeigen beispielsweise Taxifahrer in London, <strong>die</strong> den ganzen<br />
Stadtplan auswendig lernen müssen, um eine Lizenz zu erhalten, eine Vergrößerung des<br />
Hippocampusgewebes.<br />
Der entorhinale Cortex stellt eine Übergangszone zwischen Archicortex <strong>und</strong> Neocortex dar. Der<br />
entorhinale Cortex besitzt reziproke Projektionen mit allen primären <strong>und</strong> sek<strong>und</strong>ären Rindenfeldern, <strong>die</strong><br />
engsten Beziehungen bestehen jedoch mit dem Hippocampus. Zudem ist er Teil des limbischen Systems.<br />
Das System entorhinaler Cortex/Gyrus dentatus <strong>die</strong>nte in vielen Experimenten als Modell zum Studium