Localization and Possible Functions of the in the - ETH E

DISS.ETH Nr.: 10484
Localization and Possible Functions of the
Extracellular Matrix Molecule Tenascin
in the Central Nervous
System
ABHANDLUNG
Zur
Erlangung
des Titels
DOKTOR DER NATURWISSENSCHAFTEN
der
EIDGENOSSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE ZURICH
vorgelegt von
Susanne
Agnes Bartsch-Heuckmann
Biologin, Universitat Bielefeld
geborenam
15.04.1962
in Ahlen, Deutschland
Angenommen auf Antrag
von:
Prof. Dr. M. Schachner, Referent
PD Dr. H. Welzl, Korreferent
1994
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1.
Summary
To
gain insight into
molecule tenascin
morphogenetic
the
functions of the extracellular matrix
during development and after injury of
system (CNS), the molecule's expression
cerebellar cortex, retina and
optic
retino-tectal system of chicken.
lesioned
optic
tenascin at the
nerve
nerve
the
Additionally,
hybridization experiments,
also
cells
nerve
radial
synthesize
period of axonal growth
glial
and cell
migration, suggesting
developing molecular layer
during
a
found to promote neurite
concentration-dependent
ingrowing
retinal
was
Thus,
ganglion cell
significantly upregulated
axons
and
was
accumulated
retinal
a
prospective and
tenascin substrates were
tenascin
nervous
in CNS tissue after
a
the
ganglion
cells in
accumulated
in
a
the
"preformed pathway" for
in the tectum.
peripheral
unlikely that tenascin plays
high during
development. In the
accumulated in the
elongation of chick
manner.
was
parallel fiber elongation. In the
opticum might represent
In contrast to the lesioned
neural cell types
the
strongly expressed by Golgi
opticum. Moreover, homogeneous
stratum
as
functional involvement
neural
was
at times of
embryonic chick tectum, tenascin
prospective
identified
were
of tenascin in all CNS structures
epithelial cells during the period of granule cell migration
stratum
was
this molecule.
cerebellar cortex, for instance, tenascin
developing
expression of
and neuronal cells. In in situ
glial cells and astrocytes
of tenascin in these fundamental events
in the
in the
for tenascin. In the retina of mice and chicken, however,
Interestingly, expression
mouse
analyzed
was
highest during early developmental
was
found in association with the cell surface of
source
expression
developing
increasing age. Immunocytochemically, tenascin
ages and decreased with
main cellular
and in the
mouse
of adult mice. In all structures studied,
protein and mRNA level
developing
studied in the
was
of the
the central nervous
system (PNS),
optic
nerve
tenascin is not
lesions. It thus appears
crucial role for cellular interactions between
following CNS injury. Rather,
the molecule
might mediate post-
lesional interaction between neural and non-neural cell types, since it is up-
regulated
in the
meninges and
at blood vessels.
2
Tenascin
is
a
progenitor cells
tenascin
are
non-permissive substrate for oligodendrocytes and
in two-choice
of
experiments. Moreover, increased levels of
detectable at the transition
myelinated part of
mouse
retinal
oligodendrocyte progenitor
differential distribution of
their
ganglion
zone
cell
between the
axons
cells. Thus, tenascin
unmyelinated
and
before and after the arrival
might
be involved in the
oligodendrocytes and myelin along myelination-
competent retinal ganglion cell
axons.
3
Zusammenfassung
2.
Urn
Hinweise fur
morphogenetische Funktionen des ExtrazellulSrmatrix-
Molekuls Tenascin wahrend der
Nervensystems (ZNS)
wahrend der
zu
Entwicklung
erhalten, wurde die Expression dieses Glykoproteins
der Kleinhimrinde, der Retina und des
Entwicklung
Nerven der Maus und des retino-tektalen
Zudem wurde die
analysiert.
und nach Lasionen des zentralen
Systems des Huhnchens
In alien untersuchten Strukturen
war
die
hochsten und nahm mit zunehmendem Alter ab.
Tenascin in Assoziation mit Zellmembranen
und
In in situ
Astrozyten
werden.
untersucht.
Expression im ladierten optischen Nerven der adulten Maus
Expression
auf dem Protein- und mRNA-Niveau wahrend fruher
gefunden.
optischen
von
Tenascin
Entwicklungsstadien
Immunzytochemisch
am
wurde
Gliazellen und Nervenzellen
Hybridisierungs-Experimenten
als die
von
konnten radiale Gliazellen
hauptsachliche zellulare Quelle fur Tenascin identifiziert
Allerdings synthetisieren
in der Retina der Maus und des Huhnchens
auch Nervenzellen Tenascin.
Interessanterweise
war
die
Expression
von
Zeit des axonalen Wachstums und der
eine
mogliche Beteiligung
wahrend der neuralen
wurde
Tenascin
von
Tenascin in alien
Zellmigration
Tenascin
an
Komerzellmigration exprimiert
und
war
wahrend
akkumuliert.
Vorgangen
der
Zeit
der
Huhnchenembryos
prospektiven und sich differenzierenden Stratum opticum
Zudem
Neuritenwachstum
fordern
retinaler
homogene
Ganglienzellen
abhangigen Weise. Die Akkumulation
daher einen
auf
in der Molekularschicht wahrend des
Wachstums der Parallelfasem akkumuliert. Im Tectum des
ist Tenascin im
was
zur
In der Kleinhimrinde der Maus
Golgi Epithelzellen
von
besonders hoch,
diesen fundamentalen
Entwicklung hindeutet.
stark
Hirnregionen
von
Tenascin-Substrate
in
einer
das
Konzentrations-
Tenascin im Stratum opticum kdnnte
"preformed pathway" fur einwachsende retinale Ganglienzellaxone
im Tektum darstellen.
Im
Gegensatz
zum
nach LSsionen des
eine
Beteiligung
Zelltypen
l&dierten
peripheren Nervensystem (PNS), wird Tenascin
optischen Nerven nicht stark hochreguliert. Daher scheint
von
Tenascin
an
zellularen Interaktionen zwischen neuralen
nach Lasionen des ZNS unwahrscheinlich.
Moglicherweise vermittelt
das Molekul zellulare Interaktionen zwischen neuralen und nicht-neuralen
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Zelltypen
nach
Verletzungen
Blutgef&Ben hochreguliert
In
Wahlversuchen
Oligodendrozyten
findet
man
an
ein
Tenascin
Ubergangsstelle
vom
Ganglienzellaxone
Oligodendrozyten-Vorlauferzellen.
differenziellen
von
wird.
nicht-permissives
und ihre VorlSuferzellen. Eine erhohte
der
Bereich retinaler
ist
des ZNS, da Tenascin in den Hirnhauten und
Verteilung
myelinisierungskompetenter
von
Daher
vor
retinaler
zum
myelinisierten
und nach Ankunft der
konnte
Oligodendrozyten
fur
Tenascin-Expression
unmyelinisierten
der Maus
Substrat
Tenascin
und
Myelin
Ganglienzellaxone beteiligt
sein.
an
der
entlang