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Determination of Neural Crest Cell Fate at Neural Tube vs. Target Organ Level

Schier, Marie Catherine

German Title: Bestimmung des Typs der Neuralleistenzellen im Neuralrohr vs. im Zielorgan

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Abstract

The neural crest is a transient pool of multipotent progenitor cells that give rise to different cell types within the vertebrate embryo. Trunk neural crest cells emigrate from the dorsal neural tube. They differentiate into the sensory and autonomic neurons, Schwann cells, chromaffin cells of adrenal medulla, and melanocytes. The neural crest derived sympathetic neurons, chromaffin cells, and small intensely fluorescent cells have been proposed to share a common sympathoadrenal progenitor. NGF has been reported to be important for the differentiation of the neuronal lineage and glucocorticoids for the differentiation of the endocrine lineage. However, based on analyses of mice lacking the glucocorticoid receptor or the adrenal cortex, glucocorticoids have been found to be necessary for the survival of adrenal chromaffin cells but not for their differentiation. In situ hybridisation analysis of different neuronal and adrenal markers has revealed heterogeneity of sympathoadrenal cells before invading the adrenal medulla and sympathetic ganglia, respectively. These findings challenged the classical hypothesis of chromaffin cell differentiation and suggested that adrenomedullary cells and sympathetic neurons might have distinct progenitors. We attempted to elucidate whether the fate of the chromaffin cells and the sympathetic neurons is predetermined at the level of the neural tube. To prove our hypothesis, we performed a single neural crest cell electroporation technique in combination with immunohistological analysis. Our results from single cell electroporation experiments strongly supported the hypothesis that chromaffin cells and sympathetic neurons originate from a single progenitor cell at the level of the neural tube. However, we cannot exclude that few sympathetic neurons and chromaffin cells have distinct progenitors. In the second part of this study, we aimed to screen for expression patterns for Notch signalling members. Based on the fact that Notch signalling is involved in sympathetic ganglia development, we attempted to investigate the potential involvement of Notch signalling in the differentiation of sympathoadrenal precursors toward neuronal and neuroendocrine derivatives. In the last part of the thesis, we have investigated the differences in the vascular pattern of adrenal gland and sympathetic ganglia in developing avian embryos. The environmental signals of adrenal gland and sympathetic ganglia might provide factors that influence the sympathoadrenal differentiation.

Translation of abstract (German)

Die Neuralleiste ist eine embryonale Struktur von multipotenten Vorläuferzellen, aus denen verschiedene Zelltypen entstehen. Die Neuralleistenzellen wandern aus dem dorsalen Neuralrohr und differenzieren sich u.a. in sensorische und autonome Neurone, Schwann-Zellen, chromaffine Zellen der Nebennieren und Melanozyten. Neuroendokrine chromaffine Zellen, sympathetische Neurone und SIF Zellen entstehen nach traditioneller Vorstellung aus einer gemeinsamen sympathoadrenalen Vorläuferzelle. Spekuliert wurde, dass NGF eine wichtige Rolle im Differenzierungsprozess der neuronale Zelllinie spielt, während Glucocorticoide das neuronale Differenzierungsprogramm unterdrücken und chromaffine Zellen entstehen lassen sollen. Die Analyse von GR-/- Mäusen hat die Rolle von Glucocorticoiden in dem Differenzierungsprozess von chromaffinen Zellen nicht bestätigt. In situ Hybridisierungs-Analysen von neuronalen und neuroendokrinen Markern suggerierten eine Heterogenität von sympathoadrenalen Zellen vor der Einwanderung in ihre Zielorgane. Daraus entwickelten wir die Hypothese, dass es möglicherweise verschiedene Vorläuferzellen von sympathetischen Neuronen und chromaffinen Zellen gibt. Wir wollen in dieser Arbeit klären, ab die beiden Zelltypen von einer oder zwei verschiedenen Vorläuferzellen abstammen. Wir elektroporierten einzelne Neuralleistenzellen kurz vor der Delaminierung und analysierten die Tochterzellen immunohistochemisch mit spezifischen Markern. Unsere Ergebnisse haben die klassische Hypothese einer gemeinsamen sympathoadrenalen Zelllinie stark unterstützt. Wir können aber nicht ausschliessen, dass einige sympathetische Neurone oder chromaffine Zellen von zwei verschiedenen Vorläuferzellen abstammen. Wir haben begonnen zu untersuchen, wie distinkte Phänotypen von sympathischen Neuronen und chromaffinen Zellen entstehen, indem wir die Expression von Molekülen des Notch-Komplexes und die frühen vaskulären Muster in den Anlagen von sympathischen Ganglien und Nebennieren analysiert haben.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Unsicker, Prof. Dr. Klaus
Date of thesis defense: 19 November 2009
Date Deposited: 03 Dec 2009 13:01
Date: 2009
Faculties / Institutes: The Faculty of Bio Sciences > Dean's Office of the Faculty of Bio Sciences
Subjects: 570 Life sciences
Uncontrolled Keywords: neural crest
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