The reorganization of the rat dentate gyrus following entorhinal denervation : a regulatory role for the chondroitin sulfate proteoglycan NG2

Die Reorganisation der Fascia dentata der Ratte nach entorhinaler Denervierung : eine regulatorische Rolle für das Chondroitinsulfat Proteoglykan NG2

  • Lesion of the rat entorhinal cortex denervates the outer molecular layer of the fascia dentata followed by layer-specific axonal sprouting of uninjured fibers in the denervated zone. One of the candidate molecules regulating the laminar-specific sprouting response in the outer molecular layer is the transmembrane chondroitin sulfate proteoglycan NG2. NG2 is found in glial scars and has been suggested to impede axonal regeneration following injury of the spinal cord. The present study adressed the question whether NG2 could also regulate axonal growth in denervated areas of the brain. Therefore, (1) changes in NG2 mRNA and NG2 protein levels, (2) the cellular and the extracellular localisation of the molecule, (3) the identity of NG2 expressing cells, and (4) the generation of NG2-positive cells were studied in the rat fascia dentata before and following entorhinal deafferentation. Laser microdissection was employed to selectively harvest the denervated molecular layer and combined with quantitative reverse transcription-PCR to measure changes in NG2 mRNA amount (6h, 12h, 2d, 4d, 7d post lesion). The study revealed increases of NG2 mRNA at day 2 (2.5-fold) and day 4 (2-fold) post lesion. Immunocytochemistry was used to detect changes in NG2 protein distribution (1d, 4d, 7d, 10d, 14d, 30d, 6 months post lesion). NG2 staining was increased in the denervated outer molecular layer at 1 day post lesion, reached a maximum at 10 days post lesion, and returned to control levels within 6 month. Interestingly, the accumulation of NG2 protein was strongly restricted to the denervated outer molecular layer forming a border to the unaffected inner molecular layer. Using electron microscopy, NG2-immunoprecipitate was localized not only on glial surfaces and in the extracellular matrix but also in the vicinity of neuronal profiles indicating that NG2 is secreted following denervation. Double-labelings of NG2-immunopositive cells with markers for astrocytes, microglia/macrophages, and oligodendrocytes suggested that NG2-cells are a distinct glial subpopulation before and after entorhinal deafferentation. Bromodeoxyuridine-labeling revealed that some of the NG2-positive cells are postlesional generated. Taken together, the data revealed a layer-specific upregulation of NG2 in the denervated outer molecular layer of the fascia dentata that coincides with the sprouting response of uninjured fibers. This suggests that NG2 could regulate lesion-induced axonal growth in denervated areas of the brain.
  • Ziel dieser Arbeit war es, die Regulation axonaler Wachstumsprozesse und die Bedeutung des wachstumshemmenden Chondroitinsulfat Proteoglykans (CSPG) NG2 bei plastischen Umbauvorgängen des ZNS besser verstehen zu können. Die zu Grunde liegende Frage war, ob NG2 an der Regulation axonaler Wachstumsprozesse in denervierten Zonen des ZNS beteiligt ist. Hierfür wurden die zeitlichen und regionalen Veränderungen von NG2 in der Fascia dentata der Ratte vor und zu verschiedenen Zeitpunkten nach einer Läsion des entorhinalen Kortex untersucht. Die Expression von NG2 wurde auf mRNA-, Protein- und ultrastruktureller Ebene bestimmt und mit dem postläsionalen Sprossungsverhalten unverletzter Axone in der denervierten äußeren Molekularschicht (OML) der Fascia dentata korreliert. Abschließend wurde die Identität NG2-produzierender Zellen analysiert und untersucht, ob es zu einer Neubildung von NG2-positiven Zellen nach der Läsion kommt. Die Ergebnisse zeigten eine Hochregulierung von NG2 auf mRNA und auf Protein Ebene, die räumlich auf die deafferenzierte OML begrenzt war. Auf ultrastruktureller Ebene war in der OML NG2-positives Immunoprezipitat nicht nur auf glialen Zelloberflächen und in der extrazellulären Matrix zu sehen, sondern auch in engem Kontakt zu neuronalen Strukturen. Kolokalisationen von NG2-positiven Zellen mit anderen glialen Zellen (Astrozyten, Mikroglia/Makrophagen und Oligodendrozyten) wurden weder vor noch nach der Läsion gefunden, sehr wohl jedoch einige postläsional neu generierte NG2-positive Zellen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass alle postläsionalen Veränderungen von NG2 (1.) räumlich auf die denervierte OML begrenzt waren und (2.) zeitlich mit der Sprossungsantwort unverletzter Fasern übereinstimmten. Dies legt nahe, dass NG2 an der Regulation axonaler Wachstumsprozesse in denervierten Schichten des ZNS beteiligt ist. Ausserdem wird vermutet, dass NG2 postläsional gespalten wird und, dass NG2-positive Zellen ein von Astrozyten, Mikroglia/Makrophagen und Oligodendrozyten differenter glialer Zelltyp sind.

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Metadaten
Author:Doris Dehn
URN:urn:nbn:de:hebis:30-25471
Referee:Herbert Zimmermann
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2006/03/31
Year of first Publication:2005
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2006/02/14
Release Date:2006/03/31
HeBIS-PPN:17677632X
Institutes:Biowissenschaften / Biowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
Sammlungen:Sammlung Biologie / Biologische Hochschulschriften (Goethe-Universität)
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht