INTERACTIONS BETWEEN NERVE CELLS AND - ETH E
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DISS. ETH No 9235 INTERACTIONS BETWEEN NERVE CELLS AND GLIAL CELLS: STUDY ON OLIGODENDROCYTE DIFFERENTIATION A dissertation submitted to the SWISS FEDERAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY ZÜRICH for the degree of Doctor of Natural Sciences presented by Fabrizio Dutly dipl.Nat.Wiss.ETH born 16th Citizen of accepted on Prof. H.M. April 1960 Schöftland, AG the recommendation of Eppenberger, examiner 17. Sep. 1990 Prof. M.E. Schwab, co-examiner r.H Institut für HPM ETHZ - F 39 Hönggerberg CH-8093 ZÜRICH Zürich, 1990 I 5 - - SUMMARY Oligodendrocyte the basis of their precursors have been characterized in vitro and in vivo specific antigenic phenotype factors released by type-1 astrocytes lopment of progenitor these progenitor ciliary neurotrophic differentiation vivo, highly is (CNTF) bipotential studies several local ronment the influence the deve¬ their necessary differentiation; premature to induce oligodendrocyte-type 2 type-2 astrocyte astrocyte (C-2A) (Raff, 1989). precursors In of factor have been shown to inhibits and growth properties. Soluble and platelet derived growth factor (PDGF) keeps cells: dividing cells on on myelin formation suggested interactions between (axons or astrocytes), oligodendrocyte existence the precursors and their regulating differentiation and myelin of envi¬ forma¬ tion. So most in vitro studies far, pulations. For a decided to start nitor cells. purification better (e.g. cells were as the different of population immuno-methods were tried for red blood cell cell rosetting, sorting). media and sera, and isolated by FACS. conditioned media, or of oligodendrocyte I proge¬ oligodendrocyte progenitor antibody coated Petri dishes, cell sorting Large numbers of highly purified brainstems, dissociated a cell po- interaction, of Fluorescence-activated the most suocesful method. obtained from postnatal rat cells, pathway pure Suspension with antibodies against GD3, precursor poorly defined mixed a fluorescence-activated (FACS) appeared analysis experiments with Several done with were specific These cells marker for were and stained in oligodendrocyte cultured in different in cocultures with neurons or astrocy- 6 - - tes. optic As described in the literature for containing ted cells cultured in medium On the other astrocytes. into rentiated sults that of In a tiation optic first series of ganglia), with or differentiation in both coculture development neurons With evident, cells. The neutralized by by using clear a promotion or anti-bFGF) analysis of antibodies to seemed to retard the I then focused on the in addition to depended postnatal and the on not tion, suggesting progenitor proliferation cell of the precur¬ growth factor (bFGF, the mitotic factor released by not astro¬ In addition neuron-conditioned medium effect It a astrocyte conditioned medium of was quite surprising mitotic factor age of astrocytes, to also (PDGF), signal promoting oligodendrocyte differentiation. sed detectable spontaneous oligoäterrirocyte differentiation. dendrocyte differentiation. astrocytes, PDGF). of was astrocyte-conditioned medium. from basic fibroblast and frcm PDGF, (from neurons oligcdendrocyte of mitogenic signal further The neuron- mitogen differed cytes (no effect re¬ (from superior cervical ganglia), Neuron-conditioned media promoted survival and sor These study oligodendrocyte differen¬ neurons, but arrangements. done was a GFAP-positive type-2 cells cocultured with sensory sympathetic or not was (PCS) acquired sorted cells similar to for GD3 I tried to experiments astrocytes. type-1 sor- progenitors. using purified progenitor dorsal root serum (01-/galac±ooerebroside-positive). phenotypic plasticity 0-2A nerve 10% fetal calf these in serum-free medium, most of the cells diffe¬ hand, oligodendrocytes show the clearly progenitors, 0-2A and differentiated into GD3- and shaped morphology star nerve since The type only find on that released of oligo¬ cultured a potent factor(s) relea¬ conditioned medium of embryonic astrocytes promoted oligodendrocyte differentia¬ that astrocyte maturation directly influences oligodendrocyte differentiation. Different concentrations of PDGF, or PDGF with CNTF, could not reproduce this - 7 - differentiation inducing effect of astrocyte conditioned medium. This rons and pathway. study suggests astrocytes The factors. cases astrocytes. their of of to silent the or slowly dividing progenitor myelin lesions in proliferation differentiation progenitor cells, neu¬ regulate and complete their developmental the Astrocytes, themselves probably might regulate, first development, interactions between 0-2A required persistenoe their activation in by similar are that mature and adult, might be regulated under neuronal of the precursor into cells cells, influences, and later oligodendrocytes or in type-2 8 - - ZUSAMMENFASSUNG Oligodendrozyten-Vorläuferzellen wurden spezifischer Antigene charakterisiert. Entwicklung wie z.B. von 1 Kultur und Astrozyten Vivo mit Hilfe beeinflussen die in lösliche, ins Medium abgegebene Vorläuferzellen über platelet derived growth Typ in factor (PDGF), welcher deren Differenzierung zugunsten ihrer mitotischen Aktivität unterdrückt. Ein anderer, freigesetzten Faktor, Differenzierung der ciliary neurotrophic der nebst Studien über beiden diesen lationen wurden die durchgeführt. tionsschritte Populationen der von mit und lokale Axonen oder len Interaktionen zeigen, zwischen die Astrozyten Studien in Kultur meistens mit Um Vor¬ dass Oligoden- Oligodendrozyten- müssen. präzisere Informationen Oligodendrozyten-Entwicklung Zeilsortiergeräts (z.B. Weitaus gemischten Zellpopu¬ über die einzelnen zu Oligodendrozyten-Vorläuferzellen adsorbierten Antikörpern). Einsatz eines induziert die im Gehirn und Rückenmark ljDnomrK>affinitäts-Verfahren wurden getestet schalen (CNTF), Astrozyten Astrozyten (Raff, 1989). auch Faktoren Differenzierung regulieren jetzt 2 Myelinbildung drozyten-Vörläuferzellen Bis factor von bipotentiellen Oligodendrozyten-Vorläuferzellen (0-2A läuferzellen) in Richtung Typ Mehrere Faktoren erhalten, wurden gereinigt. auf Fluoreszenz-Basis aufgrund ihrer GD3-Antigenizität reinigen konnte. Resultate zuerst Verschiedene "Rosetten-Verfahren"; beste Regula¬ Petri¬ brachte (FACS), welches die Das Gangliosid GD3 der Zel¬ ist ein spezifischer Marker für Oligodendrozyten-Vorläuferzellen und für unreife Oligodendrozyten. von Verwendet neugeborenen Ratten, wurden die nach frisch der dissoziierte Hirnstainm-Gliazellen Sortierung mit verschiedenen Medien, - Seren oder konditionierten Medien 9 - kultiviert, oder mit Neuronen und Astrozyten kokultiviert wurden. Gereinigte Vorläuferzellen zität wie sie für im optischen Kalberserum Nerv zeigten in phänotypische Plasti¬ Oligodendrozyten-Astrozyten-2-Vbrläuferzellen (0-2A-Zellen) beschrieben wurden: differenzierten (PCS) Kultur ähnliche (sternförmige Morphologie, hingegen differenzierten die positiv sie in einem Medium versetzt mit 10% fetalem meisten für GD3 vorwiegend Zellen und zu in Typ 2 Astrozyten GFAP), in serumfreiem Medium 01-/Galactozerebroside-positive Oligodendrozyten. KbkultxirHExperimente mit sensorischen schen Zervikal-Ganglien) (obere Anderseits rungseffekte. Einsatz bessere Neuronen- von Analyse über 0-2A Antikörpern tor nicht das gegen PDGF konnte von bekannter möglicher Kandidat in werden (kein normalen, Effekt Mit Hilfe definieren. ches die Dieser feststellen, dass mitogener zu Der eine erlaubte bFGF Effekt. freigesetzte Fak¬ Ein anderer für O- konnte ebenfalls als freigesetzte Mitogen ausgeschlossen Gleichzeitig war eine Verzögerung der durch Neuronen-konditio¬ beobachten. Medium Zellen auf Die Resultate (PDGF) der PDGF war. Faktor, von Neuronen anti-bFGF). gereinigter konditioniertem Faktor man spontanen Oligodendrozyten Differenzierung niertes Medium nen für das von Medien erkennen. zeigte einen eindeutigen mitogenen Astrozyten freigesetzte Mitogen Vorläuferzellen 2A zu Differenzie¬ Vorläuferzellen-Entwicklung. Neuronen-konditioniertes Medium Mit Einflüsse Astrozyten-konditionierten sympatheti¬ oder ergaben keine klaren Neuronen starke mitotische waren oder (Spinal Ganglien) die zeigten, freisetzten, Differenzierung Differenzierung- von Effekt oder PDGF und CNTF nicht war zu es möglich, die von Astrozyten- Oligodendrozyten-Differenzierung dass besser zu Astrozyten wie bekannt, einen mitoge¬ aber dass sie auch ein Vorläuferzellen war Effekte zu Signal freisetzen, Oligodendrozyten bewirkt. mit verschiedenen Konzentrationen reproduzieren. wel¬ von PDGF, 10 - Ein interessanter Astrozyten und ihrer Befund stellt Beeinflussung die der - Korrelation dem Oligodendrozyten-Reifung embryonale Astrozyten vorwiegend Mitogene konditionierten Medium zwischen (PDGF) freisetzen, Alter dar: der whärend dominieren im postnatalen Astrozyten die Reifungs-induzierenden von Faktoren. Die der im vorliegenden Oligodendrozyten/Typ Oligodendrozyten Typ lung Resultate weisen deutlich 1 durch Abgabe einer Im dass die und die Zellbildung Differenzierung Astrozyten durch Interaktionen mit werden können. oder Neuronen und Neuronen beeinflussen die Zelltei¬ mehrerer, bisher nicht identifizierter, löslicher Gegensatz dazu, beeinflussen Astrozyten in früheren Entwicklungs¬ phasen die Proliferation deren Astrozyten Vbrläuferzellen oder Typ 2 Astrozyten reguliert Mitogene. lung 2 daraufhin, Reifung zu der 0-2A Vbrläuferzellen und Oligodendrozyten oder Typ 2 später in Astrozyten. der Entwick¬
