AG Neuroregeneration > Schwerpunkt Stammzellen

Zusammenfassung:
Noch vor wenigen Jahren wurde angenommen, dass das adulte Gehirn keine Stamm- oder Vorläuferzellen für Neurone besitzt. In den 60er Jahren ergaben sich jedoch bereits erste Hinweise, dass zwei Regionen des erwachsenen Gehirns - die laterale Ventrikelwand und der Hippocampus - die Fähigkeit zur spontanen Neubildung von Nervenzellen behalten. Neuere Studien konnten aufzeigen, dass die Neurogenese direkt mit dem Vorhandensein von multipotenten neuralen Stammzellen verknüpft ist.
Das Ziel unserer Arbeitsgruppe ist es, die molekularen und zellulären Vorgänge der adulten Neurogenese zu verstehen. Dies beinhaltet das Verständnis zur Zellidentität neuraler Stamm- und Vorläuferzellen und zur Regulation des Proliferations-, Migrations- und Differenzierungsverhaltens der Zellen. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse sollen in klinisch anwendbare Therapien münden.

PROJEKTE

Doublecortin als Marker für Neurogenese und in vivo Bildgebung von Neurogenese

Projektleiter: Dr. Sebastien Couillard-Despres und Prof. Dr. Ludwig Aigner
Mitarbeiter: Sonja Plötz, Katrin Altendorfer

Neurogenesestudien am Tier beruhen auf in vivo Markierung proliferierender Zellen mit einem Basenanalogon (in der Regel Bromdesoxyuridin BrdU), gefolgt von einer histologischen Aufarbeitung und Analyse der markierten Zellen zu unterschiedlichen Zeitpunkten, was eindeutige Aussagen über Proliferation, Zielort und Differenzierungsschicksal der Zellen erlaubt. Diese Methode ermöglicht tierexperimentell jedoch lediglich eine retrospektive Analyse an fixiertem Gewebe und bedarf zudem einer vorherigen Applikation von BrdU.

Ziel des Projektes ist es, geeignete Marker zu entwickeln, und Neurogenese bzw. Veränderungen in der Neurogenese schneller und einfacher Detektieren zu können. Initial wurden im Rahmen humangenetischer Analysen neuronaler Migrationsstörungen Gene identifiziert, die spezifisch von neuronalen Vorläuferzellen exprimiert werden und sich dadurch als Neurogenesemarker eignen. Insbesondere durch die neuronale vorläuferzellspezifische Expression des Proteins doublecortin (DCX) konnte DCX als quantitativer Marker für adulte Neurogenese etabliert werden. Weiterhin konnte ein für die neuronale vorläuferzellspezifische Expression von DCX relevanter regulatorischer Teil (Promotor) des Gens identifiziert, kloniert und charakterisiert werden. In vivo (transgene Mäuse) zeigt die Expression von fluoreszierenden (EGFP oder DsRed2) oder lumineszierenden (luciferase) Reporterproteinen unter Kontrolle des DCX Promotors neuronale Vorläuferzellspezifität. Zudem wird derzeit die Möglichkeit der Lumineszenz-basierten in vivo Bildgebung von Neurogenese getestet.

Neurogenese

EGFP exprimierende Zellen in der SVZ, dem RMS und dem Riechkolben in DCX-Promotor-EGFP transgenen Mäusen.

Migration neuronaler Vorläuferzellen

Projektleiter: Dr. Sebastien Couillard-Despres und Prof. Dr. Ludwig Aigner
Mitarbeiter: Sonja Plötz, Katrin Altendorfer

Ziel dieses Projektes ist es, Faktoren und Moleküle zu identifizieren, welche die Migration neuronaler Vorläuferzellen beeinflussen. Hier benutzen wir zwei Herangehensweisen.
1. Zellintrinsische Faktoren: Gene bzw. Genprodukte, die mit neuronalen Migrationsstörungen assoziiert sind, beeinflussen sehr wahrscheinlich das Verhalten neuronaler Vorläuferzellen. Um dies zu testen, werden die Expression und die funktionelle Rolle von DCX und DCX-ähnlicher Genen in neuronale Stamm- und Vorläuferzellen untersucht.

2. Extrazelluläre Faktoren: Extrazelluläre Zytokine werden auf ihre Fähigkeit hin neuronale Migration zu beeinflussen getestet.

COS-7 Zellen

COS-7 Zellen transfiziert mit einem DCX-EGFP Fusionskonstrukt. DCX (grün) bindet and bündelt Microtubuli (rot). Links: untransfizierte Zelle; rechts: transfizierte Zelle.

Retinale Stamm- und Vorläuferzellen und Retinogenese

Projektleiter: Prof. Dr. Ludwig Aigner
Mitarbeiter: NN

Unterschiedliche Zellpopulationen des Auges sind potentielle Stammzellen: Zellen des Ziliarkörpers und dessen Randzone, Retinale Pigmentepithelzellen, Müller Gliazellen.

Transforming Growth Factor beta1 als Modulator von Neurogenese

Projektleiter: Prof. Dr. Ludwig Aigner
Mitarbeiter: Bernadette Lehner, Mahesh Kandasamy, Sonja Plötz

Bei einer Vielzahl neurodegenerativer Erkrankungen wurde eine Reduktion der Neurogeneserate beobachtet (Neurodegeneration und Neurogenese). Die mögliche molekulare Ursache hierfür könnte das Zytokin Transforming Growth Factor (TGF) beta1 sein. TGF-beta1 ist bei unterschiedlichsten ZNS Erkrankungen hochreguliert. Es wird dabei primär im Rahmen von Entzündungsreaktionen von Mikroglia hergestellt und beeinflusst eine Vielzahl von zellulären Prozessen. Wir konnten zeigen, dass TGF-beta1 die Stammzellproliferation im Gehirn massiv unterdrückt. Weiterführende Arbeiten sollen 1. die zellulären und molekularen Mechanismen hierzu erläutern, und 2. zeigen, bei welchen ZNS Erkrankungen TGF-beta1 tatsächlich in der Neurogenesemodulation beteiligt ist, um 3. daraus therapeutische Ansätze zu entwickeln.

PCNA

TGF-beta1 inhibiert die Proliferation (PCNA) von Stammzellen in der Seitenventrikelwand im adulten Gehirn.

Oligodendrogenese im adulten ZNS und Identifizierung oligodendrogener Faktoren

Projektleiter: Prof. Dr. Ludwig Aigner
Mitarbeiter: Dr. Francisco Rivera

Der Einsatz adulter neuraler Stammzellen zur Therapie demyelinisierender Erkrankungen oder zur axonalen Regeneration ist durch eine mangelnde Differenzierung in Oligodendrozyten beschränkt. Im Rahmen von Untersuchungen, wie sich unterschiedliche Stammzellpopulationen gegenseitig beeinflussen, konnten wir zeigen, dass mesenchymale Stammzellen die oligodendrogliale Ausreifung neuraler Stammzellen massiv fördern. Ziel ist es derzeit, 1. die oligodendrogliale Aktivität zu identifizieren, und 2. mesenchymale Stammzellen in experimentellen Therapieansätzen zu testen.

Oligodendrozyt

GalC positiver Oligodendrozyt in vitro.

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