11 - Neuronale Stammzellen PDF

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Neuronale Stammzellen 

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In vivo: Neurale Stammzellen bei 1. Der Entstehung des Nervensystems während der Entwicklung 2. Plastizitätsprozessen im adulten Nervensystem in vitro: Signalwege und molekulare Mechanismen 1. in Stammzellen für die Differenzierung der verschiedenen Zelltypen im Nervensystem 2. für Plastizitätsprozesse zur Generierung neuraler Stammzellen aus ES Zellen und anderen somatischen Zellen

Entwicklung des Nervensystems     

Blastula: Der Embryo vor der Gastrulation besteht aus einer Hülle epithelialer Zellen, welche die Stammzellen (innere Zellmasse) umschließen Epiblast: Zellen der „Inneren Zellmasse“, aus denen Ektoderm entsteht (hier Gewinnung von Stammzellen) Gastrulation: Stammzellen differenzieren in die drei Keimblätter: Ektoderm, Mesoderm und Endoderm Trophektoderm ≠ Ektoderm des Embryos Neurulation: aus dem Neuroektoderm entsteht unter Induktion des Mesoderms das Neuralrohr

Neurale Induktion bei Amphibien        

bei Amphibien wird ein zweites Nervensystem induziert durch Signale, die aus der „Organizer“ Region des Embryos kommen aus dem Ektoderm (animal part oder cap) des frühen Xenopus Embryos entwickelt sich Epidermis und Neuro-Ektoderm wird jedoch die animal part Region isoliert, entsteht kein neurales Gewebe die Expression eine BMP-Inhibitors (wie z.B. Noggin) oder einer dominant negativen Form des TGF-β-Rezeptors ist hinreichend dafür, dass neurale Zellen aus der animal cap Region entstehen dieses Modell der neuralen Induktion wird auch dadurch unterstützt, dass dissoziiertes Gewebe ohne Zell-Zell-Kontakte ein neurales Zellschicksal annimmt Ektodermzellen produzieren selbst BMPs (auch im Adultus)  Regeneration / Wundheilung BMP verhindert gleichzeitig eine neurale Differenzierung Retinolsäure ist verantwortlich für die Dorsalisierung

Zusammenfassung: Entwicklung des Nervensystems        

neurales Gewebe stammt vom Ektoderm ab neurale Induktion: es entstehen multipotente neurale Stammzellen mesodermale Zellen im „Organizer“ produzieren neuralen Induktor während der Gastrulation BMP (Bone Morphogenetic Protein)-Antagonisten aus dem Organizer blockieren BMP, wodurch die Induktion von Epidermis unterdrückt wird und neurale Zellen entstehen BMP blockiert die neurale Differenzierung und bewirkt epidermale Differenzierung BMP mRNA-Expression in neuralen Stammzellen wird bei allen Vertebraten in den zukünftigen neuralen Zellen blockiert essentiell dafür sind Mitglieder der FGF-Familie und deren Rezeptoren Kooperation von FGF und BMP-Blockade  neurale Induktion

Faltung der Neuralplatte 

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Notochord o mesenchymale Zellen, die sich recht selten teilen o bildet sich nach der Entwicklung zurück (übrig in Bandscheiben) o bildet Sonic Hedgehog Paraxiales Mesoderm  Wirbelkörper, Rückenmuskulatur SHH von ventral (floor plate); BMP von dorsal (Roof plate) Neurone und Astrozyten bilden sich in einem relativ breiten Bereich des SHH/BMP-Gradienten Oligodendrozyten nur in einem schmalen Bereich (SHH und BMP im Gleichgewicht) proneurale bHLHs (basische Helix-Loop-Helix) müssen blockiert werden

Neurale Stammzellen   

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Neurone wandern an Radialgliazellen in die erste Neurone Retzius-Zellen grüne Zone: o teilen sich in der Subventrikulären Zone (SVZ) o bei Auswanderung in MZ sind sie post-mitotisch Astrozyten können sich auch nach Auswanderung noch teilen Entwicklung genau umgekehrt wie Schichtung im Cortex radiale Glia-Stammzellen entwickeln sich zu Neuronen wichtige Marker / Transkriptionsfaktoren für Neurone o Reelin o Tbr1 o Ctip2 o Cux1 nIPC für Neurone persistieren und sind theoretisch zur symmetrischen Teilung fähig  neue Neurone

Mantelzone (MZ) werden zu spezialisierten Cajalintermediate Precursorzellen (IPC)

Entstehung verschiedener Typen von Nervenzellen   

SHH induziert vom Notochord aus die Bildung von Transkriptionsfaktoren (Olig2, SCL, Pax6 usw.)  Gradienten entstehen aus lateral & medial ganglionic eminence entstehen GABAerge Interneurone bei Störungen dieser Strukturen häufig psychiatrische Krankheiten (Schizophrenie, Epilepsie)

Neurale Stammzellen im adulten Nervensystem 

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2 Bereiche, in denen im Adultus Neuroneogenese stattfindet o Gyrus dentatus im Hippocampus o subventrikuläre Zone der hintere Bereich des Hippocampus steht in Verbindung mit dem Temporallappen (räuml. Gedächtnis)

 Volumenveränderung beim Lernen durch Neuroneogenese

Neurale Stammzellen in ihrer Nische im Gyrus dentatus   

Astrozyten (B-Zellen) sind die Stammzellen in der subgranulären Zone D-Zellen (intermediate precursor cells) sind mitotisch aktive Vorläuferzellen G-Zellen sind postmitotische Körner-Neurone im Gyrus Dentatus

Plastizität neuraler Stammzellen 

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neurale Stammzellen bilden in serumfreiem Medium in Gegenwart von EGF (epidermal growth factor) Neurosphären (3000-5000 Zellen) Neurosphären können wieder disseminiert werden (Zugabe von Laminin) in vitro Differenzierung neuraler Stammzellen nach Entzug von EGF auf einem adhäsiven Substrat o β III-Tubulin & GFAP  Neurone o CNTF  Astrozyten o PDGF  Oligodendrozyten LIF ist entscheidend, um Differenzierung zu verhindern nach LIF-Entzug und Zugabe von Retinsäure bilden sich Zellaggregate

Erzeugung induzierter Neurone, iN     

TauEGFP-Embryonen 19 Faktoren kloniert in lentivirale Vektoren Ascl1, Brn2 und Myt1l sind hinreichend, um exzitatorische Neurone zu erzeugen neuronale Induktion ist schnell und effektiv Problem bei der Transplantation adulter Stammzellen (z.B. zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen): Tumore

Mögliche Wege der Zellreprogrammierung...