Refine
Year of publication
- 2018 (2) (remove)
Document Type
- Article (1)
- Doctoral Thesis (1)
Language
- English (2)
Has Fulltext
- yes (2)
Is part of the Bibliography
- no (2)
Keywords
- Dopamine (1)
- G-protein coupled receptor (1)
- Glomerulus (1)
- Main olfactory epithelium (1)
- Melanocortin (1)
- Odorant receptor (1)
Institute
In the mouse, most mature olfactory sensory neurons (OSNs) express one allele of one gene from the repertoire of ~1100 odorant receptor (OR) genes, which encode G-protein coupled receptors (GPCRs). Axons of OSNs that express a given OR coalesce into homogeneous glomeruli, which reside at conserved positions in the olfactory bulb. ORs are intimately involved in ensuring the expression of one OR per OSN and the coalescence of OSN axons into glomeruli. But the mechanisms whereby ORs accomplish these diverse functions remain poorly understood. An experimental approach that has been informative is to substitute an OR genetically with another GPCR that is normally not expressed in OSNs, in order to determine in which aspects this GPCR can serve as surrogate OR in mouse OSNs. Thus far only the β2-adrenergic receptor (β2AR, Ardb2) has been shown to be able to serve as surrogate OR in OSNs; the β2AR could substitute for the M71 OR in all aspects examined. Can other non-olfactory GPCRs function equally well as surrogate ORs in OSNs? Here, we have generated and characterized two novel gene-targeted mouse strains in which the mouse melanocortin 4 receptor (Mc4r) or the mouse dopamine receptor D1 (Drd1a) is coexpressed with tauGFP in OSNs that express the OR locus M71. These alleles and strains are abbreviated as Mc4r→M71-GFP and Drd1a→M71-GFP. We detected strong Mc4r or Drd1a immunoreactivity in axons and dendritic knobs and cilia of OSNs that express Mc4r or Drd1a from the M71 locus. These OSNs responded physiologically to cognate agonists for Mc4r (Ro27-3225) or Drd1a (SKF81297), and not to the M71 ligand acetophenone. Axons of OSNs expressing Mc4r→M71-GFP coalesced into glomeruli. Axons of OSNs expressing Drd1a→M71-GFP converged onto restricted areas of the olfactory bulb but did not coalesce into glomeruli. Thus, OR functions in OSNs can be substituted by Mc4r or Drd1a, but not as well as by β2AR. We attribute the weak performance of Drd1a as surrogate OR to poor OSN maturation.
Die Analyse früher Entwicklungsstadien von Säugetierembryonen und daraus gewonnener Stammzelllinien kann entscheidende Erkenntnisse im Bereich der Reproduktionsbiologie und der regenerativen Medizin hervorbringen. Dabei spielt die Maus, als geeignetes Modellsystem für die Übertragbarkeit auf den Menschen eine wichtige Rolle, in erster Linie weil die Blastozysten der Maus verglichen mit menschliche Blastozysten eine morphologische Ähnlichkeit aufweisen. Humane embryonale Stammzelllinien haben großes Potential für die Anwendung in der regenerativen Medizin und vergleichend dazu wurde Gen-Targeting in embryonalen Stammzellen verwendet, um tausende neuer Mausstämme zu generieren. Die Gewinnung embryonaler Stammzellen erfolgt im Blastozystenstadium, diese können dann nach Injektion in eine andere Blastozyste zur Entwicklung aller Gewebearten, einschließlich der Keimbahngewebe, beitragen (Martin, 1981; Evans and Kaufman 1981).
Ursache einer Fehlgeburt können vor allem Defekte in der Entwicklung des Trophoblasten und des primitive Entoderms (PrE) sein, dabei sind ca. 5 % der Paare betroffen die versuchen ein Kind zu bekommen (Stephenson and Kutteh, 2007). Eine Untersuchung dieser Zelllinien im Mausmodell könnte weitere Erkenntnisse für die Gründe einer Fehlentwicklung liefern. Trophoblasten Stammzelllinien können aus den Blastozysten der Maus und dem extraembryonalen Ektoderm von bereits implantieren Embryonen gewonnen werden (Tanaka et al., 1998). Diese Zelllinien geben Aufschluss über die Entwicklung des Trophoblasten, fördern die Entwicklung der Plazenta und sind gleichzeitig ein gutes Modellsystem um die Implantation des Embryos im Uterus näher zu untersuchen. Zellen des primitive Entoderms (PrE) beeinflussen das im Dottersack vorhandene extraembryonale Entoderm, welches dort als “frühe Plazenta” fungiert und für die Versorgung des Embryos mit Nährstoffen zuständig ist (Cross et al., 1994). Des Weiteren besitzt das Entoderm einen induktiven Einfluss auf die Bildung von anterioren Strukturen und die Bildung von Endothelzellen sowie Blutinseln (Byrd et al., 2002).
Extraembryonale Endodermstammzellen (XEN Zellen) können aus Blastozysten gewonnen und in embryonale Stammzellen (ES-Zellen) umgewandelt werden (Fujikura et al., 2002; Kunath et al., 2005). Es war jedoch nicht bekannt, ob XEN-Zellen auch aus Postimplantations-Embryonen gewonnen werden können. XEN-Zellen tragen in vivo zur Entwicklung des Darmendoderms bei (Kwon et al., 2008; Viotti et al., 2014) und könnten als alternative, selbsterneuernde Quelle für extraembryonale Endoderm-abgeleitete Zellen dienen, die zur Herstellung von Geweben für die regenerative Medizin verwendet werden könnten (Niakan et al., 2013).
In der Embryogenese der Maus zeigt sich an Tag E3.0 eine kompakte Morula die sich allmählich in das Trophektoderm (TE) differenziert, welches wiederum den Embryonalknoten (“innere Zellmasse”) umschließt (Johnson and Ziomek, 1981). Ein wichtiger Schritt im Rahmen der Entwicklung findet an Tag E3.5 statt, in diesem Zeitraum gehen aus dem Embryonalknoten der pluripotente Epiblast und das primitive Entoderm hervor. Im späten Blastozystenstadium an Tag E4.5 liegt das PrE als Zellschicht entlang der Oberfläche der Blastocoel-Höhle. Aus dem Epiblast entwickeln sich im weiteren Verlauf der Embryo, das Amnion und das extraembryonale Mesoderm des Dottersacks. Die Zellen des Trophektoderm führen zur Entwicklung der Plazenta. Das PrE differenziert sich im Zuge der Weiterentwicklung in das viszerale Entoderm (VE) und das parietale Entoderm (PE) des Dottersacks (Chazaud et al., 2006; Gardner and Rossant, 1979; Plusa et al., 2008). VE umgibt den Epiblast und extraembryonisches Ektoderm (ExE). PE-Zellen wandern entlang der inneren Oberfläche von TE und sezernieren zusammen mit Trophoblasten-Riesenzellen Basalmembranproteine, um die Reichert-Membran zu bilden (Hogan et al., 1980). Die Reichert-Membran besteht aus Basalmembranproteinen, einschließlich Kollagenen und Lamininen, die zwischen den parietalen Endoderm- und Trophoblastzellen liegen. Diese Membran wirkt als ein Filter, der dem Embryo den Zugang zu Nährstoffen ermöglicht, während er eine Barriere zu den Zellen der Mutter bildet (Gardner, 1983).
...