Untersuchungen über die funktionelle Rolle des Neurotrophinrezeptors p75 basierend auf embryonalen Stammzellen der Maus

Neurotrophine sind für das sich entwickelnde und adulte Nervensystem von Vertebraten unabdingbar. Sie wirken über zwei Arten von Rezeptoren, die Trk-Rezeptoren und den Neurotrophin-Rezeptor p75 (p75NTR). Während die Wirkungsweise und Signalwege der Trk's mittlerweile gut verstanden sind, so ergab die Untersuchung von p75NTR gerade in den letzten Jahren überraschende, teilweise auch widersprüchliche Resultate. Ein Grund dafür liegt darin, dass p75NTR keine eigene enzymatische Funktion besitzt, sondern für die Signaltransduktion zelluläre Interaktoren benutzt und somit je nach zellulärem Kontext unterschiedliche und sogar gegensätzliche Funktionen ausüben kann wie Zellüberleben oder Zelltod. Darüber hinaus liessen auch die bisher angewendeten zelluläre Systeme aussagekräftige Analysen selten zu. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher, durch die Etablierung neuer Systeme eine weiterführende Aufklärung der Funktionsweise von p75NTR zu ermöglichen. Zu Beginn stand die Generierung von Mauslinien im Vordergrund, welche es erlauben würden, p75NTR gewebe- und zeitspezifisch auszuschalten. Dieser Ansatz sollte offene Fragen um p75NTR angehen, so z.B. die Frage nach der Funktion von p75NTR im cholinergen System des basalen Vorderhirns im adulten Organismus. Die dafür erforderlichen embryonalen Stammzellen mit entweder einer konditionalen Mutation von p75NTR oder einer Insertion einer induzierbaren Cre-Rekombinase im tau-Lokus (tau-CreERT2) wurden generiert, die Zellen kolonisierten jedoch nicht die Keimbahn. Diese Schwierigkeit führte zu einem Wechsel von dem genannten in vivo-Ansatz zu einem äusserst attraktiven in vitro-System, nämlich die ES-Zell-basierte Differenzierung in Neurone, welche parallel in der Arbeitsgruppe etabliert worden ist. Dieses System ermöglichte einerseits, die Wirkungsweise des induzierbaren-Cre-Systems promoterspezifisch und in Neuronen - der Zielpopulation dieses Ansatzes - in vitro zu testen. Andererseits wurde es für die Untersuchung von p75NTR genutzt, indem ES-Zellen mit einer Deletion von p75NTR Exon IV in beiden Allelen generiert wurden (p75NTR-/-). p75NTR erwies sich in den aus ES-Zellen differenzierten Neuronen als Neuriteninhibitor, indem in der Deletionsmutante vermehrte Neuritenverzweigungen, hingegen in einer Überexpressionsmutante (tau:p75NTR) verminderte Neuritenverzweigungen gezählt wurden. Als zweites Phänomen wurde eine erhöhte Zelltodrate interessanterweise sowohl in Abwesenheit als auch bei einer Überexpression von p75NTR beobachtet. Die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen hingegen sind völlig verschieden. Die Überexpression von p75NTR führte zu einer Hochregulation von Galectin-1, welches sich als ein neuer Effektor in der Degeneration von Neuriten herausstellte (Plachta et al., 2007). Die erhöhte Zelltodesrate in den p75NTR-/- Neuronen hingegen erwies sich als Folge einer verminderten Aktivierung von NF-κB. Eine Genexpressionsanalyse bildete den Abschluss der Untersuchungen um p75NTR und eröffnet mit interessanten unterschiedlich regulierten Genen die Möglichkeit, diese als neue Zielgene von p75NTR zu verifizieren und möglicherweise die molekularen Erklärungen für die oben genannten phänotypischen Ausprägungen zu erweitern. Um das Potential der differenzierten ES-Zellen auch in einem in vivo-Kontext zu explorieren, wurden diese in hippocampale Schnittkulturen transplantiert. Die noch vorläufigen Ergebnisse zeigen, dass eine gute Integration der Neurone in das lokale Gewebe erfolgt und funktionelle Netzwerke ausgebildet werden. Zukünftige Experimente werden zeigen, ob diese beobachtete Integration auch von Bedeutung für die Funktion im lebenden Organismus ist. Dies wird momentan durch Transplantationen in Läsionsmodelle der Maus in Zusammenarbeit mit dem Labor von M. Schwab, Zürich CH, untersucht.