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Novel genetic engineering approaches for lineage analysis and exploration of Akt function in cortical development

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Kombinatorische Markierung von Zellen des Nervensystems

Die Gehirnentwicklung von Säugetieren umfasst die koordinierte Interaktion von Zellen unterschiedlicher Herkunft. Ein EU-finanziertes Projekt untersuchte die Entwicklung der Hirnrinde mithilfe einer mehrfarbigen multiklonalen Markierungsstrategie.

Gesundheit

Der Hirnrinde bzw. äußeren Nervengewebeschicht im Gehirn von Säugetieren kommen zahlreiche Funktionen wie Gedächtnis, Aufmerksamkeit und Sprache zu. Die grundlegenden Funktionseinheiten der Hirnrinde sind kortikale Minikolumnen, die jeweils aus etwa hundert Neuronen bestehen und sich aus embryonalen Vorläuferzellen entwickeln. Bisher war es schwierig, gleichzeitig mehrere neurale Vorläuferzellen unterschiedlich zu markieren und die Entwicklung der Tochterzellen über längere Zeiträume zu beobachten. Das EU-geförderte Projekt BRAINBOWAKT (Novel genetic engineering approaches for lineage analysis and exploration of Akt function in cortical development) wandte eine revolutionäre Methode an, um die einzelnen neuronalen Zellen zu verfolgen. Bei dem entwickelten Brainbow-Verfahren könnten die einzelnen Zellen im Gehirn von benachbarten Neuronen unter Verwendung von fluoreszierenden Proteinen unterschieden werden. Die Wissenschaftler entwickelten innovative gentechnische Verfahren, um mehrere benachbarte Vorläuferzellen und deren Tochterzellen in vivo mit eindeutigen Markierungen zu versehen. Brainbow-Konstrukte, die eine breite Palette aus Markern in drei Farbskalen (rot, gelb und bläulich fluoreszierende Proteine) exprimieren, wurden an spezifische subzelluläre Kompartimenten gebunden. Diese Transgene wurden mittels Elektroporation in das Vorderhirn von Mausembryonen eingeschleust. So konnten Vorläuferzellen über mehrere Zellteilungszyklen markiert und die Tochterzellen bis in adulte Stadien weiterbeobachtet werden. Bei transgenen Mäusen mit den neuen Brainbow-Konstrukten konnten neurale Vorläuferzellen in Stadien und an Stellen markiert werden, wo keine Elektroporation möglich ist. Brainbow wurde anschließend weiter optimiert, um die Funktion der interessierenden Proteine in vivo zu modulieren. Das Endergebnis war ein genetisches Mosaik, bei dem der Status der Genexpression in den Zellen farblich codiert wurde. Dieser Ansatz ermöglicht es, benachbarte Zellen mit unterschiedlichen Genexpressionsniveaus innerhalb der gleichen Probe zu verfolgen. Die etablierte Strategie ermöglichte schließlich die Untersuchung der Zellarchitektur bei Prozess der Bildung von Minisäulen. Die Aktivitäten von BRAINBOWAKT haben zur Entwicklung eines brauchbaren Tiermodells und Strategien geführt, die zur Untersuchung von intakten Geweben in zahlreichen biologischen Kontexten anwendbar sind.

Schlüsselbegriffe

Kombinatorische Markierung, Hirnrinde, neurale Vorläuferzellen, BRAINBOWAKT, Erblinien-Analyse

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