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Different Genetic Ways for Conditional Gene Regulation in the Mouse Brain

Zhu, Peixin

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PDF, English (Dissertation PZhu)
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Abstract

Summary: The conditional gene expression system controlled by the tetracyclineresponsive trans-activator (tTA) in transgenic mice is an important and well characterized genetic tool. In my studies I investigated the function of the Tetregulated genes in the brain when inserted into the chromosome and when applied as extra-chromosomal elements with recombinant Adeno-Associated Virus (rAAV). First, the pool of tTA expressing mouse lines was increased by generating eight functional itTA-expressing TgThy-1.2(xx)-itTAnls transgenic mouse lines. Since for tTA expression the Thy-1.2 promoter was used, which is known to be highly integration-site dependent, lines were obtained which all differed in tTA expression level, expression pattern and ontogenetic profile in the central nervous system (CNS). These mice are a valuable tool for studies on physiological functions of different neuron populations during various developmental stages. Second, the effect of the chromosomal insertion site of Tet-responder genes on their expression was analyzed. In three different Tet-responder mouse lines, the precise integration sites and copy number of tet-responder genes were determined. No correlation between copy number of the Tet-responder gene and its expression was detected, supporting the finding that the chromosomal insertion site has strong effects on the expression of the transgene. Strong Tet-responder gene expression was observed in mice of the transgenic line SA87.5, which has three copies of a transgene inserted in the Pik3c3 gene locus. By retargeting the same position of the Pik3c3 gene locus in embryonic stem cells, only one copy of the transgene was introduced. However, due to the presence of the neo selection marker the single Tet-responsive transgene showed poor induction by tTA. After Cre-virus mediated neo removal, the expression of the Tet-responsive transgene was improved. The limitations of chromosomally inserted Tet-regulated gene elements can be overcome by using the recombinant Adeno-Associated virus (rAAV) mediated gene delivery system to introduce the different elements of the Tet-system into the CNS. It is shown that both Tet-activators and Tet-responder genes are functionally delivered by rAAV vectors, and tissue specific, homogeneous, rapid and robust expression of multiple proteins simultaneously controlled by tTA in rAAV infected CNS areas can be achieved. Moreover these viruses were used to demonstrate that the transcriptionally inactive Tet-responder genes are often epigenetically silenced during development when inserted into the host chromosome, but remain inducible when introduced extra-chromosomally after development.

Translation of abstract (German)

Zusammenfassung: Das konditionale Genexpressionssystem basierend auf dem Tetracyclin gesteuerten Transaktivator (tetracycline-responsive trans-activator tTA) ist ein wichtiger und gut charakterisierter genetischer Schalter in transgenen Mäusen. In der vorliegenden Arbeit untersuchte ich die Funktion tTA regulierter Gene, die sowohl als chromosomale Integrate als auch in transienter Form durch rekombinante Adeno-assoziierte Viren (rAAV) im Maushirn zur Expression gebracht wurden. Erstens wurde die Sammlung tTA exprimierender Mauslinien durch acht itTA exprimierende Mauslinien TgThy-1.2(xx)-itTAnls ergänzt. Da zur tTA Expression der Thy-1.2 Promoter, dessen Aktivität durch die Integartionsstelle stark beeinflusst wird, benutzt wurde, unterscheiden sich diese Mauslinien in Expressionsstaerke, Expressionsmuster und im ontogenetischen Profil. Diese tTA Mauslinien stellen ein wertvolles Wekzeug für physiologische Studien der Funktionen unterschiedlicher Neuronenpopulationen während verschiedener Entwicklungsstadien im Maushirn dar. Zweitens wurde der Einfluß der chromosomalen Integartionsstelle für tTA kontrollierte Gene untersucht. In drei verschiedenen Mauslinien mit TA abhängigen Genen wurde der genaue Integrationsort sowie die Anzahl von Kopien des Transgens bestimmt. Dabei konnte kein Zusammhang von Kopienzahl des Transgens und dessen Expressionsstärke nachgewiesen werden. Dies kann als Hinweis auf den starken Einfluß des Integartionsorts für die Expressionsstärke tTA abhängiger Gene interpretiert werden. Starke Expression eines tTA abhängigen Transgens wurde in der Mauslinie SA87.5 beobachtet. Diese Mauslinie enthält drei Kopien des Transgens im Pik3c3 Genlokus. Die drei Transgenkopien wurden durch eine einzige Kopie an derselben Stelle des Pik3c3 Genlokus mittels Gentargeting in embryonalen Stammzellen ersetzt. Das Transgen ließ sich jedoch bei Anwesendheit des Neomycinselektionsmarkers nur schwach durch tTA induzieren. Nach Exzision des Selektionsmarkers mittels Cre produzierendem rAAV konnte die Induktion des Transgens durch tTA verbessert werden. Die Nachteile von fest im Chromosom integrierten tTA regulierten Respondergenen können durch Einsatz von rAAV als Vehikel zur Transgenexpression im Maushirn überwunden werden. Neben den tTA abhaengigen Respondergenen kann auch tTA selbst erfogreich mittels rAAV im Maushirn exprimiert werden. Eine gewebespezifische, homogene, schnell anflutende tTA abhängige Expression von verschiedenen Genen ist so im Maushirn möglich. Durch Expression mittels rAAV blieben tTA abhaengige Transgene induzierbar, deren Expression bei chromosomaler Integartion durch epigenetische Effekte während der Ontogenese zum Erliegen kam.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Seeburg, Prof. Peter H.
Date of thesis defense: 19. July 2006
Date Deposited: 12. Sep 2006 11:10
Date: 2006
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Medical Research
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: conditional
Uncontrolled Keywords: conditional
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