Dokument: Identifizierung eines neuen Inhibitors der Schwannzelldifferenzierung

Titel:	Identifizierung eines neuen Inhibitors der Schwannzelldifferenzierung
Weiterer Titel:	Identification of a new inhibitor of Schwann cell differentiation
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=12464
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20090820-102529-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. Heinen, André [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 4,30 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 20.08.2009 / geändert 20.08.2009
Beitragende:	PD Dr. Küry, Patrick [Gutachter] Prof. Dr. Rüther, Ulrich [Gutachter]
Stichwörter:	Schwann cell, differentiation, p57kip2, glia, myelination
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Axone sind eng mit myelinisierenden Gliazellen, Schwannzellen im peripheren Nervensystem (PNS) und Oligodendrozyten im zentralen Nervensystem (ZNS), assoziiert. Hauptfunktion dieser Zelltypen ist die elektrische Isolation von Axonen, die zu einer Beschleunigung der elektrischen Signalweiterleitung führt. Dazu wickelt sich ein Ausläufer einer Gliazelle spiralförmig um ein Axon. Der myelinisierende Phänotyp wird schliesslich durch Verdrängung von Zytoplasma, Synthese von Myelinproteinen und Fusion der Membranen erreicht. Schwannzelldifferenzierung ist abhängig von axonalen Signalen. Zudem hängt auch die Aufrechterhaltung des terminalen Differenzierungszustandes von diesen Signalen ab. Dies wurde dadurch verdeutlicht, dass axonale Degeneration, wie z.B. nach traumatischen Ereignissen oder im Krankheitsverlauf, zur Dedifferenzierung führt. Interessanterweise und im Gegensatz zu Oligodendrozyten können Schwannzellen in diesem Fall redifferenzieren und neu auswachsende Axone myelinisieren. Durch diese hohe Differenzierungsplastizität kann somit der Regenerationsprozess gefördert werden. Dahingegen ist die in vitro Differenzierung von Schwannzellen gehemmt, und die Determinanten, die die Schwannzell-differenzierung in vivo und in vitro steuern, sind bis heute unbekannt. Gegenwärtig wird vermutet, dass intrinsische Hemmstoffe der Differenzierung existieren, die sowohl während der Entwicklung des peripheren Nervensystems als auch im Regenerationsprozess differentiell exprimiert werden. In der vorliegenden Dissertation wird mit p57kip2 ein potenzieller Kandidat für diese Art von Differenzierungsinhibitoren identifiziert. Bei p57kip2 handelt es sich um ein Mitglied der Familie von Zyklin-abhängigen Kinaseinhibitoren (CKI), die den Übergang von der G1- in die S Phase des Zellzyklus blockieren. Die Expression von p57kip2 wird sowohl während der peripheren Nervenentwicklung als auch in Folge von Läsionen peripherer Nerven dynamisch reguliert. Die frühe Herunterregulation von p57kip2 während der peripheren Nervenentwicklung lässt eine Funktion vermuten, die ausserhalb der Zellzyklus-Regulation liegt. Um zu untersuchen, ob die Regulation von p57kip2 funktionelle Konsequenzen bezüglich der Schwannzelldifferenzierung hat, wurde die Expression von p57kip2 mittels Genmodulation (RNA Interferenz) supprimiert. Diese Suppression bewirkte überraschenderweise das Verlassen des Zellzyklus, eine Stabilisierung der Aktinfilamente sowie eine veränderte Zellmorphologie. Zudem wurde eine Herunterregulation von promyelinisierenden Markergenen bei gleichzeitiger Induktion von Myelingenen und Myelinproteinen beobachtet. Die beschriebenen Veränderungen sind charakteristisch für die Differenzierung von Schwannzellen. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Suppression von p57kip2 zu einer beschleunigten in vitro Differenzierung von dorsalen Wurzelganglien (DRG) Kokulturen führt. Aufgrund experimenteller Belege wird vermutet, dass die beobachteten Morphologieveränderungen zumindest zum Teil durch eine Interaktion von p57kip2 mit LIMK 1 bewirkt wurden. Mit Hilfe von GeneChip Microarray Analysen konnte gezeigt werden, dass diese zellulären Reaktionen spezifisch für die Suppression von p57kip2 sind, während eine mögliche Induktion der Interferon-Antwort ausgeschlossen werden konnte. Ferner konnte mit Hilfe dieser Analysen gezeigt werden, dass das Verlassen des Zellzyklus eine Konsequenz von komplexen Veränderungen der Expression von Zellzyklus-Regulatoren ist und dass aufgrund der Suppression von p57kip2 eine Verlagerung des Genexpressionsmusters in Richtung der Reifung von Schwannzellen während der Nervenentwicklung erreicht wurde. Da Schwannzellen in Abwesenheit von Axonen normalerweise keine differenzierungsassoziierten Reaktionen zeigen, lassen diese Resultate den Schluss zu, dass mit der Regulation von p57kip2 ein Mechanismus der Schwannzell-differenzierung und ein wichtiges intrinsisches Hemmprotein der myelinisierenden Gliazelldifferenzierung identifiziert wurde. Die Regulation von p57kip2 könnte daher therapeutischen Nutzen bei der Behandlung demyelinisierender Erkrankungen besitzen oder zur Förderung der Regeneration nach Nerventrauma herangezogen werden. Zur Zeit ist nicht bekannt, welche Signale die in vivo Expression von p57kip2 regulieren und welche Funktionen p57kip2 in vivo ausführt. Diesbezügliche Untersuchungen sind daher Gegenstand zukünftiger Experimente. Axons are tightly associated with myelinating glial cells, Schwann cells in the peripheral nervous system (PNS) and oligodendrocytes in the central nervous system (CNS). One well described function for these two cell types is the electrical insulation of axons from the environment, which results in the acceleration of electric signal propagation. This is achieved by spirally wrapping of one myelinating glial cell protrusion around an axon, exclusion of cytoplasm, production of myelin proteins and fusion of the membranes, thus displaying the myelinating phenotype. Schwann cell differentiation depends on axonal signalling. On the other hand, loss of axons, for example following trauma or disease, leads to dedifferentiation, demonstrating that also the maintenance of terminal differentiation depends on axonal signals. Interestingly and in strong contrast to oligodendrocytes, these cells are able to redifferentiate and to myelinate newly sprouting axons, revealing a plastic behaviour and their capacity to promote the regeneration process. However, in vitro differentiation of Schwann cells is blocked and the determinants which control Schwann cell differentiation and dedifferentiation in vivo and in vitro are so far unknown. It is currently believed that intrinsic inhibitors of differentiation exist which have to be differentially regulated both during peripheral nerve development and regeneration. This thesis identifies a potential candidate for such an intrinsic inhibitor, namely p57kip2. The p57kip2 gene encodes a member of the cyclin dependent kinase inhibitor (CKI) family, which are known to block G1/S phase transition during the mammalian cell cycle. Expression of p57kip2 is dynamically regulated during peripheral nerve development and following crush lesion of nerves. The early downregulation of p57kip2 during the postnatal development suggests a function beyond Schwann cell cycle control. In order to investigate whether downregulation of p57kip2 gene expression has functional consequences on Schwann cell differentiation, p57kip2 gene expression levels were suppressed in cultured Schwann cells by means of vector based RNAi. Surprisingly, suppression of p57kip2 was shown to lead to Schwann cell cycle exit, actin filament stabilization, altered cell morphology and downregulation of promyelinating markers as well as induction of myelin genes and proteins, steps which are characteristic for Schwann cell differentiation. In addition, it was demonstrated that p57kip2 suppression also accelerates in vitro myelination of DRG cocultures. Experimental evidence implies that the observed morphological changes are at least partially mediated by p57kip2/LIMK 1 interactions. Using GeneChip microarray technology it could be shown that these cellular reactions are specific to p57kip2 knockdown, whereas induction of the interferone response could be excluded. Further this approach revealed that the observed cell cycle exit is a consequence of complex changes in cell cycle regulator gene expression and that suppression of p57kip2 leads to a shift in the gene expression program toward the pattern known from Schwann cells in developing nerves. Since in the absence of axons Schwann cells normally do not display differentiation associated reactions, these results strongly suggest the identification of a mechanism for Schwann cell differentiation and of an important intrinsic negative regulator of myelinating glial cell differentiation. Thus regulation of p57kip2 expression could provide a therapeutic tool to treat demyelinating diseases or to promote myelin restoration after traumatic injury. However, it is currently unsolved which signals control p57kip2 expression in vivo and their identification as well as the investigation of p57kip2 in vivo functions await future experiments.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	20.08.2009
Dateien geändert am:	20.08.2009
Promotionsantrag am:	25.11.2008
Datum der Promotion:	13.01.2009