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Abstract zu
„Untersuchungen zur Rolle von Cadherinen bei der Entwicklung des
Vertebratennervensystems am Beispiel des Huhns“
von Dominik Heyers
Cadherine sind integrale, zellmembranständige Glykoproteine und gehören zur Gruppe der
Zelladhäsionsmoleküle. Namensgebend ist ihre Eigenschaft, im Gegensatz zu anderen
Adhäsionsmolekülen nur in Gegenwart von Calcium eine Bindung einzugehen. Diese
Bindung ist präferentiell „homophil”, das heißt, eine Zelle, die ein bestimmtes Cadherin
exprimiert, bindet bevorzugt an eine Zelle mit dem gleichen Cadherin.
Morphoregulatorische Phänomene wie Aggregation, Segregation sowie Migration sind
grundlegende Vorgänge bei der Formierung von Neuromeren, deren funktionaler Unterteilung
in Hirnkerne, Axonwachstum und der Synaptogenese. Aufgrund ihrer differentiellen
Expression in Neuromeren, sich entwickelnden Hirnkernen und Schichten sowie auf
auswachsenden Axonen und an Synapsen vermutet man, dass, neben anderen molekularen
Faktoren, die Cadherine unmittelbar mit diesen Vorgängen in Zusammenhang stehen.
In einem ersten Ansatz konnte ich die mögliche Rolle von Cadherinen bei der
Charakterisierung tectofugal projizierender Axone beweisen. Mittels selektivem retrogradem
Tracing konnte ich direkt beweisen, dass Projektionsneurone in tiefen Schichten des Tectum
opticum entsprechend ihrer Cadherinexpression faszikulieren. Meine Daten stützen somit die
These, dass Cadherine am Vorgang der axonalen Wegfindung beteiligt sind.
Ein zweiter Ansatz untersucht die Kompartimentierung innerhalb der grauen Substanz in
sogenannte „Patches“, die von einer „Matrix“ umgeben sind. Zwei unabhängig voneinander
erstellte Studien ließen die Existenz dieser Art der Kompartimentierung in verschiedenen
Regionen des embryonalen Telencephalons im Huhnembryo vermuten. Beide Kompartimente
unterscheiden sich, ähnlich denen im Striatum von Säugern, durch ihre Cadherinexpression
sowie den Geburtszeitpunkt. Inwieweit beide Faktoren miteinander zusammenhängen und
somit auf eine Analogie zum Säugerstriatum hindeuten und ob Cadherine eine potentielle
Rolle bei diesem Phänomen der Regionalisierung spielen, war bislang unklar. Ich habe durch
die Analyse der Expression verschiedener Cadherine, kombiniert mit der Lokalisation von
Zellen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt geboren und mit Bromodesoxyuridin (BrdU)
markiert wurden, versucht, diesen Aspekt zu beleuchten. Ich konnte eine generelle
Koinzidenz zwischen beiden Faktoren feststellen, die darauf hindeutet, dass Cadherine an der
Regionalisierung von grauer Substanz beteiligt sein könnten.
Der dritte Teil meiner Dissertation befaßt sich mit der Frage, ob Spezifität von Synapsen über
Cadherine vermittelt werden könnte. In einem Ansatz, bei dem ich die Expressionsanalyse
von vier Vertretern klassischer Cadherine und einem Marker für synaptische Vesikel mit
retrogradem Tracing im Mesencephalon spätembryonaler Huhnembryonen kombiniert habe,
konnte ich zeigen, dass Synapsen bestimmter Neuronenpopulationen durch die Expression
eines oder mehrerer Cadherine charakterisiert sind. Cadherine scheinen somit maßgeblich an
der Spezifizierung von Synapsen beteiligt zu sein.
Allen Projekten ist gemein, daß die einzelnen „Komponenten“, seien es nun Populationen von
Neuronen, Einzelzellen oder Synapsen, durch die Expression eines oder mehrerer bestimmter
Cadherine charakterisiert sind. Desweiteren scheinen selektive Bindungseigenschaften und
die daraus resultierenden Phänomene wie Aggregation und Segregation in allen Ansätzen eine
Schlüsselrolle zu spielen. Speziell die Tatsache, daß ähnliche Prinzipien bei drei
unterschiedlichen Vorgängen während der Neurogenese zu beobachten sind, legt die
Vermutung nahe, daß allen ein allgemeiner morphoregulatorischer Mechanismus
zugrundeliegt. Meine Arbeit liefert Hinweise darauf, daß die differentielle Expression von
Cadherinen an diesem Mechanismus beteiligt ist.