Μελέτη ενδοκυττάριων και εξωκυττάριων σημάτων κατά την ανάπτυξη των ενδονευρώνων, στο φλοιό των εγκεφαλικών ημισφαιρίων

Abstract

Cortical GABAergic interneurons provide inhibitory input to the pyramidal cells and are characterized by extraordinary neurochemical and functional diversity. Their dysfunction and abnormal development have been associated with severe disorders, like autism, epilepsy and schizophrenia. Although recent studies have uncovered some of the molecular components underlying interneuron development, including the cellular and molecular mechanisms guiding their migration to the cortex, the intracellular components involved are still unknown. Rac1, a member of the Rac subfamily of Rho GTPases, has been implicated in various aspects of cortical development such as cell cycle dynamics, axonogenesis and neuronal migration. In this study we have addressed the specific role of Rac1 in interneuron progenitors originating in the medial ganglionic eminence, the subpallial source of GABAergic interneurons, via Cre/loxP technology. Our findings show that in the absence of Rac1, only half of GABAergic interneurons populate the cortex. Their progenitors are delayed in exiting the cell cycle and as a consequence migrate towards the pallium later than control cells. The absence of Rac1 from postmitotic interneurons does not result in obvious defects. These data indicate that a cell autonomous and stage-specific requirement of Rac1 activity within proliferating progenitors of cortical interneurons is necessary for their development. We have also assessed the extracellular signals that facilitate interneuron migration to the cortex during development. TAG1, a cell adhesion molecule of the IgSF, is expressed by the corticofugal fibers that are thought to serve as a scaffold for interneurons to migrate on, during embryogenesis. Using the promoter of the gene encoding for TAG1 as a genetic tool, we have generated two transgenic mouse lines, to help us address questions regarding the role of corticofugal axons in interneuronal migration.

Οι ενδονευρώνες του φλοιού των εγκεφαλικών ημισφαιρίων διαδραματίζουν βασικό ρόλο στα νευρικά κυκλώματα του φλοιού, δημιουργώντας ανασταλτικές συνάψεις με τους πυραμιδικούς νευρώνες. Χαρακτηρίζονται από αξιοθαύμαστη ποικιλομορφία, τόσο ως προς τα μοριακά, όσο και ως προς τα ηλεκτροφυσιολογικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά τους και η δυσλειτουργία τους έχει εμπλακεί σε ποικίλες παθολογικές καταστάσεις, όπως ο αυτισμός, η επιληψία και η σχιζοφρένεια. Ωστόσο, τα ενδοκυττάρια και εξωκυττάρια σήματα που μετέχουν στην ανάπτυξη των κυττάρων αυτών, παραμένουν εν πολλοίς άγνωστα. Η πρωτεΐνη Rac1, μέλος της οικογένειας των Rho-GTPασών, εμπλέκεται σε πολλαπλές διεργασίες κατά την ανάπτυξη του νευρικού συστήματος, όπως στη δημιουργία νευραξόνων, στην κυτταρική μετανάστευση και στη ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου. Στην παρούσα διατριβή, μελετήθηκε ο ρόλος της Rac1 στην ανάπτυξη των ενδονευρώνων του φλοιού. Η πρωτεΐνη απενεργοποιήθηκε in vivo σε μύες, μέσω της τεχνολογίας του Cre/loxP ανασυνδυασμού, μόνο στο συγκεκριμένο κυτταρικό πληθυσμό. Από την ανάλυση των μεταλλαγμένων ζώων, προκύπτει ότι τα κύτταρα καθυστερούν να εξέλθουν του κυτταρικού κύκλου. Κατά συνέπεια, υπάρχει μειωμένη μετανάστευση ενδονευρώνων προς το φλοιό, ενώ τελικά στον ώριμο εγκέφαλο, εντοπίζονται μόνο οι μισοί ενδονευρώνες. Τα αποτελέσματα αυτά οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η Rac1 είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη των ενδονευρώνων, ρυθμίζοντας την ομαλή έκβαση του κυτταρικού κύκλου τους. Σε πειράματα στα οποία η Rac1 απενεργοποιήθηκε in vivo, ειδικά σε μεταμιτωτικούς ενδονευρώνες, η απώλεια της πρωτεΐνης δεν επηρεάζει την ανάπτυξη των κυττάρων, υπογραμμίζοντας την ανάγκη για λειτουργική Rac1 στα πρόδρομα μιτωτικά νευρικά κύτταρα. Στα πλαίσια της συγκεκριμένης εργασίας, μελετήθηκαν και εξωκυττάρια καθοδηγητικά σήματα κατά την ανάπτυξη των ενδονευρώνων του φλοιού. Η πρωτεΐνη TAG1, μόριο κυτταρικής συνάφειας της οικογένειας των ανοσοσφαιρινών, εκφράζεται στους φλοιοθαλαμικούς άξονες κατά την εμβρυογένεση. Οι άξονες αυτοί θεωρούνται υπόστρωμα πάνω στο οποίο μετακινούνται οι οριζόντια μεταναστεύοντες ενδονευρώνες, στην πορεία τους προς το φλοιό. Χρησιμοποιώντας τον υποκινητή του γονιδίου της TAG1 ως γενετικό εργαλείο, δημιουργήθηκαν δύο σειρές γενετικά τροποποιημένων μυών, προκειμένου να μελετηθεί ο ρόλος των φλοιοθαλαμικών αξόνων στην καθοδήγηση των ενδονευρώνων.