Die Rolle des Zinkfinger-Transkriptionsfaktor Gli3 bei der Anordnung und Ausbildung kortikaler Vorläuferzellen im zerebralen Kortex

Abstract

Der zerebrale Kortex zählt bei Säugetieren zu einem der komplexesten Systeme und ist das Zentrum unserer Wahrnehmung, unseres Denkens, Fühlens und Handelns. Während der Entstehung des zerebralen Kortex spielen das Neuroepithel, die radialen Gliazellen und die basalen Vorläuferzellen als Quelle neu entstandener Neurone und Gliazellen eine besondere Rolle. Im Rahmen dieser Arbeit konnte dem Zinkfinger-Transkriptionsfaktor Gli3 eine wesentliche Beteiligung an der Kontrollierung einer geordneten Proliferation und Differenzierung neuronaler Vorläuferzellen gezeigt werden. Zunächst wurde auf molekularbiologischer Ebene in XtJ/ XtJ Embryonen mit Hilfe von Antikörperfärbungen und in situ Hybridisierungen eine ektopische, wellenartige Expression von BLBP+ und GLAST+ radialen Gliazellen nachgewiesen. Aufgrund der zusätzlich beobachteten Koexpression von Wnt7b in diesen Vorläuferzellen des dorsalen Telenzephalons, konnten weiterführende Untersuchungen einer XtJ/XtJ/Wnt7b-/- Doppelmutante zeigen, dass Wnt7b in der Lage ist die Bildung ektopischer radialer Gliazellen zu unterdrücken. Im zweiten Abschnitt dieser Arbeit konnte mit Hilfe von isolierten Neurosphären aus dem dorsalen Telenzephalon der Gli3-Mutante eine gestörte Neurogenese beobachtet werden. Radiale Gliazellen bleiben vermehrt im Vorläuferstadium, während sich weniger Neurone ausbilden. Diese zeigen zudem eine gestörte Neuritenbildung, mit verkürzter bzw. fehlender Axon- und Dendritenausbildung. Zusammenfassend sprechen diese Resultate Gli3 eine wichtige Rolle bei der Kontrolle einer normalen Neurogenese des zerebralen Kortex zu. Diese Störung kann einerseits mit dem bereits in früheren Untersuchungen gezeigten Verlust einer apikal/basalen Zellpolarität der XtJ-Mutante erklärt werden und ist ein möglicher Grund für die gestörte RGC Bildung. Andererseits konnten neuere Untersuchungen der XtJ-Mutante eine reduzierte NeuroD-Expression zeigen, die ebenfalls ausschlaggebend für die gestörte Neurogenese sein kann.

The cerebral cortex constitutes the most divergent structure in the CNS containing an enormous variety of different neuronal cell types. This striking degree of neuronal diversity has to be generated during embryonic development. There for the enormous diversity of cortical neurons has to be generated from cortical progenitor cells. The genes which control the formation and differentiation of neuroepithelial cells, radial glial cells (RGC) and basal progenitors, the major progenitor cell types in the developing cerebral cortex, are only beginning to be identified. Here we analyze the role of the Gli3 zinc finger transcription factor which has previously been shown to be essential for patterning the telencephalon in this process. Using Immunofluorescence analysis, we find that in extra-toes (XtJ) mutant mice which lack Gli3 function, the RGC markers Blbp and Glast are prematurely activated in groups of neocortical cells coinciding with an ectopic expression of Wnt7b. Additional removal of Wnt7b in a Gli3 mutant background leads to a uniform formation of RGCs in the cortex, suggesting that Gli3 mediated repression of Wnt7b represents an important mechanism to control RGC numbers. In addition, Gli3 regulates the neuronal differentiation potential of cortical progenitors. Using cell cultures, Gli3 mutant cortical neurospheres readily differentiate into astrocytes and oligodendrocytes, but form fewer neurons which, in addition, have fewer and shorter neurites. These latter findings correlate with a severely reduced expression of NeuroD transcription factors in developing cortical neurons in vivo. Collectively, these data suggest novel roles for Gli3 in controlling the formation of RGCs and their neuronal differentiation.