Martin Landmann

• Die Neuralentwicklung wird durch eine Vielzahl von Genen reguliert. Hierbei scheint der Notch-Signaltransduktionsweg eine wichtige Rolle zu spielen. Die primären Zielgene der Notch-Signalkaskaskade sind die Hes- und Hey-Gene. Die genaue Bedeutung der Signalkaskade, der Hes- und insbesondere der Hey-Gene für den Differenzierungsprozess neuraler Stamm- und Vorläuferzellen ist noch nicht bekannt. Ziel dieser Arbeit war es, die Aufgaben von Notch und der Hey-Gene beim Differenzierungsprozess neuraler Stamm- und Vorläuferzellen genauer zuDie Neuralentwicklung wird durch eine Vielzahl von Genen reguliert. Hierbei scheint der Notch-Signaltransduktionsweg eine wichtige Rolle zu spielen. Die primären Zielgene der Notch-Signalkaskaskade sind die Hes- und Hey-Gene. Die genaue Bedeutung der Signalkaskade, der Hes- und insbesondere der Hey-Gene für den Differenzierungsprozess neuraler Stamm- und Vorläuferzellen ist noch nicht bekannt. Ziel dieser Arbeit war es, die Aufgaben von Notch und der Hey-Gene beim Differenzierungsprozess neuraler Stamm- und Vorläuferzellen genauer zu untersuchen. Da das gezielte Ausschalten eines Gens eine aussagekräftige Methode zur Erforschung seiner Funktion ist, wurden zunächst neurale Stamm- und Vorläuferzellen in Form von sogenannten Neurosphären von Hey1-/- und Hey2-/- Mäuseembryonen mit denen von Wildtyp-Mäuseembryonen verglichen. Dabei differenzierten bei den Hey1-/- Neurosphärenkulturen ca. 6,6% (bei den Kontrollen 6,6%) und bei den Hey2-/- Kulturen 10,9% (Kontrollen 8,7%) der Zellen zu Neuronen. Eine komplette Inhibierung der Notch-Signalkaskade wurde durch das Etablieren von RBP-Jκ-/- Kulturen erreicht. RBP-Jκ-/- Zellen waren jedoch während der Differenzierung nur noch zu einem kleinen Teil in der Lage zu adhärieren, was weitere Experimente mit den Zellen unmöglich machte. Als nächstes sollten Neurosphären mit einer Überexpression von Hey1 mit Wildtyp-Neurosphären verglichen werden. Es gelang allerdings aufgrund einer schon hohen Ausgangsexpression von Hey1 in Neurosphären nur, die Expression zu verdreifachen, was für weitere Experimente nicht ausreichend schien. Um die Prozesse, die auf Genebene während der Differenzierung neuraler Stamm- und Vorläuferzellen ablaufen, besser zu verstehen, wurden die Expression von Genen, die in der Neuralentwicklung und in der Notch-Signalkaskade eine Rolle spielen, in Wildtyp-Neurosphärenzellen mittels qRT-PCR zu verschiedenen Differenzierungszeitpunkten quantifiziert. Die Genexpression von Hes1 und Hes5, sowie Hey2 wurde während der Differenzierung zum Teil deutlich herunterreguliert. Die Gene Hes3, Hey1 und Id4 hingegen stiegen zunächst bis Tag 3 stark an, um dann an Tag 7 und 14 etwa wieder den Ausgangswert zu erreichen. Die Regulation der Gene war insgesamt recht uneinheitlich und nicht immer nachvollziehbar. Da diese teils widersprüchlichen Ergebnisse auf die vorgegebene Heterogenität einer Neurosphärenkultur zurückzuführen sein könnten, wurde nach einer Alternative zur Neurosphärenkultur gesucht. Deshalb wurde im Weiteren versucht homogene Monolayerkulturen nach einem Protokoll von Conti et al. (2005) zu etablieren. Das Protokoll musste aber an einigen Stellen angepasst werden, um adäquate Kulturen zu erhalten. Da die Monolayerkulturen auf Gelatine nicht gut hafteten wurde auf eine Polyornithin-Beschichtung umgestellt. Außerdem wurde das NS-A Medium mit N-2 Zusatz aufgrund schlechter Proliferation der Zellen auf Neurobasalmedium mit B-27 Zusatz umgestellt. Färbungen dieser Monolayerkulturen zeigten, dass sich fast alle Zellen mit dem Stammzellmarker Nestin anfärben ließen und keine Zellen Tuj1+ (Neuronen) und nur einige wenige Zellen Gfap+ (Astrozyten) waren. Es ist deshalb wahrscheinlich, dass die Zellen in einer Monolayerkultur unter den oben beschriebenen Bedingungen hauptsächlich undifferenziert sind und neuralen Stamm- bzw. Vorläuferzellcharakter haben.…
• Neural development go on in three sequential processes. First expansion of neural stem and precursor cells, then neurogenesis and last the gliogenesis take place. There are different methods to analyse this development in vitro. Cultivation of neurospheres and monolayers are two important possibilities. The cultivation is followed by differentiation to neurons, astrocytes and oligodendrocytes. Many protocols for cultivation and differentiation of neurospheres and monolayers were tested. But no method did work adequately. So an own procedureNeural development go on in three sequential processes. First expansion of neural stem and precursor cells, then neurogenesis and last the gliogenesis take place. There are different methods to analyse this development in vitro. Cultivation of neurospheres and monolayers are two important possibilities. The cultivation is followed by differentiation to neurons, astrocytes and oligodendrocytes. Many protocols for cultivation and differentiation of neurospheres and monolayers were tested. But no method did work adequately. So an own procedure was established. Monolayer culturing on polyornithine with Neurobasalmedium®(Gibco) supplemented with B27®(Gibco), FGF and EGF and passaging with Accutase®(PAA) worked best. Differentiation with NeuroCult® NSC Differentiation Supplement(StemCell Technologies) added to Neurobasalmedium showed best results. The neural development is regulated by a lot of genes. Especially the Notch signaling cascade seams to play a central role. The exact role of this cascade and particularly of Hey and Hes genes is not known yet. To analyse the importance of these genes for the differentiation process, the expression of some of these and other genes were quantified by qRT-PCR. The results revealed, that Blbp and Hes5 were downregulated massively. Several differentiated Hey1-/- and Hey2-/- were compared with wildtype lineages. No significant differences in number of neurons (about 8%) and astrocytes (about 85%) were seen. A complete inihibtion of the Notch signaling cascade was reached through establishment of RBP-Jκ-/- lineages. RBP-Jκ-/- cells were no longer able to attach, but didn’t die, after differentiation was initiated. So RBP-Jκ may play a role for the attachment of differentiating neural stem and precursor cells.…