Udo Bartsch

Zentrum für Molekulare Neurobiologie
Universität Hamburg
Martinistr. 52
D-20246 Hamburg

Zellen, die aus der subventrikulären Schicht des embryonalen oder adulten Gehirns isoliert werden, proliferieren in einem definierten Medium in Anwesenheit von "epidermal growth factor" (EGF) und bilden kleine Zellaggregate. Einige Zellen in diesen Zellaggregaten besitzen Eigenschaften von neuralen Stammzellen: sie proliferieren und bilden neue Stammzellen, und sie sind multipotent. Der Entzug von EGF und die Zugabe von Serum induziert eine Differenzierung dieser Zellen in die verschiedenen neuralen Zelltypen (Astrozyten, Oligodendrozyten und Nervenzellen) in vitro. Auch nach einer Transplantation bewahren zuvor kultivierte und expandierte neurale Stammzellen ihre Multipotenz (Gage, 1998).

Wir haben untersucht, ob neurale Stammzellen, die über einen längeren Zeitraum kultiviert und expandiert wurden, nach einer Transplantation in myelin-bildende Oligodendrozyten differenzieren. Dazu wurden diese Zellen in die Retina junger Mäuse injiziert. In der Retina von Mäusen gibt es keine Oligodendrozyten, und die intraretinalen Segmente der Ganglienzellaxone sind daher unmyelinisiert. Transplantationsversuche mit Oligodendrozyten-Vorläuferzellen haben jedoch gezeigt, daß die intraretinalen Axonsegmente experimentell myelinisiert werden können (Laeng et al., 1996).

Einen Monat nach Transplantation neuraler Stammzellen findet man in der Retina des Empfängertieres zahlreiche Oligodendrozyten, die ausschließlich in der Nervenfaserschicht und der Ganglienzellschicht lokalisiert sind. Hier umgeben die Oligodendrozyten die meisten Ganglienzellaxone mit ultrastrukturell intaktem Myelin. Transplantations-Experimente mit neuralen Stammzellen aus transgenen Mäusen, die ubiquitär den Fluoreszenzfarbstoff "enhanced green fluorescent protein" (EGFP) unter dem ß-Actin Promotor exprimieren, zeigen eindeutig, daß die Oligodendrozyten und das Myelin im Empfängergewebe von den transplantierten neuralen Stammzellen abstammen.

Die Na,K-ATPase ist eine heterodimere Ionenpumpe, die aus einer a- und einer ß-Untereinheit besteht. Bei der a-Untereinheit (a1, a2 oder a3) handelt es sich um die katalytische Untereinheit der Na,K-ATPase, während die Funktion der ß-Untereinheit (ß1, ß2 oder ß3) noch nicht genau verstanden ist. ß2-defiziente Mäuse zeigen einen komplexen Phänotyp im zentralen Nervensystem, und die Tiere sterben während der dritten postnatalen Woche. Ein auffälliger Defekt im Nervensystem dieser Mutanten ist ein massiver apoptotischer Zelltod von Photorezeptoren. Differenzierte Photorezeptoren exprimieren die ß2-Untereinheit. Damit beruht die Degeneration dieser Zellen vermutlich auf der Tatsache, daß sie in den ß2-defizienten Mäusen keine funktionelle Na,K-ATPase besitzen. In vitro Versuche haben gezeigt, daß verschiedene Kombinationen von a- und ß-Untereinheiten funktionelle Na,K-ATPasen aufbauen können. Um diese Aussage in vivo zu überprüfen, wurde eine ß2/ß1 knock-in Mutante hergestellt, in der anstelle der ß2- die ß1-Untereinheit unter dem ß2 Promotor exprimiert wird. Im Gegensatz zu ß2-defizienten Mäusen zeigen ß2/ß1 knock-in Mutanten keinen schweren Phänotyp, und erreichen ein normales Lebensalter. Der einzige Defekt, den man in ß2/ß1 knock-in Mutanten finden kann, ist ein leicht erhöhter, kontinuierlich verlaufender apoptotischer Zelltod der Photorezeptoren. In älteren Tieren führt diese Degeneration zu einer vollständigen Atrophie der äusseren nukleären Schicht.

Literatur

1. Ader, M., Meng, J., Schachner, M., and Bartsch, U. (1999) Formation of myelin following transplantation of EGF-responsive neural precursors into the retina of young postnatal mice. Submitted for publication.
2. Gage, F.H. (1998) Precursors of the central nervous system. Curr. Opin. Neurobiol., 8: 671-6.
3. Laeng, P., Molthagen, M., Gui-Xia Yu, E., and Bartsch, U. (1996) Transplantation of oligodendrocyte precursor cells into the rat retina: extensive myelination of retinal ganglion cell axons. Glia, 18: 200-210.
4. Magyar, J.P., Bartsch, U., Wang, Z.-Q., Howells, N., Aguzzi, A., Wagner, E.F., and Schachner, M. (1994) Degeneration of neural cells in the central nervous system of mice deficient in the gene for the adhesion molecule on glia, the ß2 subunit of murine Na,K-ATPase. J. Cell Biol., 127: 835-845.
5. Molthagen, M., Schachner, M., and Bartsch, U. (1996) Apoptotic cell death of photoreceptor cells in mice deficient for the adhesion molecule on glia (AMOG, the ß2-subunit of the Na,K-ATPase). J. Neurocytol., 25: 243-255.
6. Weber, P., Bartsch, U., Schachner, M., and Montag, D. (1998) Na,K-ATPase subunit ß1 knock-in prevents lethality of ß2 deficiency in mice. J. Neurosci., 18: 9192-9203.

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