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The generation and characterization of transgenic mice expressing modifiers of Rho GTPases

Sanno, Hitomi

German Title: Das Erzeugung und die Kennzeichnung der transgenic Mäuse, die Modifizierfaktoren von Rho GTPases ausdrückend

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Abstract

In developmental neurobiology, it is a fundamental topic but it is not still well investigated how newborn neurons elaborate axonal and dendrite processes to navigate complicated pathways and travel long distances before they reach their target. Recent studies have suggested that Rho family GTP-binding proteins are important components of the signalling pathways that link the reception of extracellular cues to the cytoskeleton. Rho family GTP-binding proteins regulate many different aspects of the actin cytoskeleton in a wide variety of organisms. Small GTPases of the Rho family have been suggested to be involved in the regulation of formation of neurites and their differentiation into axons and dendrites, but the function of Rho GTPases is not still clear in terms of axonal and dendritic growth during mammalian development. There are numerous data suggesting the important role of Rho GTPases in axonal guidance in vitro, however, there has been little direct evidence of these proteins in the in vivo context in mammals. To modulate the activity of Rho during early nervous system development, we expressed either a RhoA dominant negative (N19-RhoA) mutant, a constitutively active (V14-RhoA) mutant, or a natural inhibitor, C3 transferase from Clostridium botulinum, in neuborn neurons under the control of the tau gene. Their protein expression in neurons can be activated by application of Cre recombinase. The tau gene was used because it is known to drive the high expression of genes specifically in neurons (Binder et al., 1995). We used this transgenic strategy to analyze the effects of Rho family GTP-binding proteins on axonal outgrowth in early nervous system and the effect of long-term inhibition of Rho function in the adult brain. The recombinant protein of N19-RhoA was expressed in the postnatal mouse brain, and we found that the somatosensory cortex in the adult mouse brain contained more severe involutions and aggregations of the cells in specific area of somatosensory cortex in brain, particularly in layer IV. Also, the barrel-like discontinuous pattern was more extended toward the posterior part of the brain in the mice that have expressed a dominant negative RhoA.

Translation of abstract (German)

Wie neugeborene Neurone ihre axonalen und dendritischen Fortsätze einsetzen um komplizierte Signalwege zu steuern und um weite Entfernungen zu überwinden bevor sie ihr Ziel erreichen, ist ein fundamentales aber noch nicht ausreichend erforschtes Thema in der Entwicklungsbiologie. Jüngste Studien zeigen, dass GTP-bindende Proteine der Rho Familie wichtige Bestandteile von Signalkaskaden sind, welche das Cytoskelett modulieren können. GTP-bindende Proteine der Rho Familie regulieren viele verschiedene Aspekte des Aktin Cytoskelettes in einer Vielzahl von Organismen. Es wird angenommen, das kleine GTPasen der Rho Familie an der Regulation und Entstehung von Neuriten und ihrer Differenzierung in Axone und Dendriten beteiligt sind. Die Funktion der Rho GTPasen beim axonalen oder dendritischen Wachstum während der Entwicklung ist aber bisher noch ungeklärt. Verschiedene Daten weisen darauf hin das Rho GTPasen in der axonalen Zielführung in vitro eine Rolle spielen, doch liegen für diese Proteine und deren Funktion, in vivo bei Säugetieren, deutlich weniger Daten vor. Um die Aktivität von Rho während der frühen Entwicklung des Nervensystems zu modulieren, wurden entweder eine RhoA dominant negative Mutante (N19-RhoA), eine konstitutiv aktive (V14-RhoA) Mutante, oder ein natürlicher Inhibitor, die C3 Transferase aus Clostridium botulinum, in neugeborenen Neuronen unter der Kontrolle des Tau Gens exprimiert. Die Protein Expression kann in diesem System durch die Zugabe einer Cre Recombinase aktiviert werden. Hierbei wurde das Tau-Gen benutzt weil es dafür bekannt ist, eine hohe Expression von Genen, speziell in Neuronen, zu ermöglichen. In dieser Arbeit wurde diese transgene Strategie angewendet, um die Effekte der GTP-bindenden Proteine der Rho Familie auf das axonale Wachstum im frühen neuronalen System, und um den Effekt der Langzeitinhibierung von Rho im adulten Gehirn zu untesuchen. Mit dieser Arbeit konnte gezeigt werden, das die Expression des rekombinanten Proteins N19-RhoA im postnatalen Gehirn der Maus zu einer erhöhten Aggregation von Zellen, in der Schicht IV im somatosensorischen Kortex der adulten Maus, führt. Weiterhin wurde beobachtet das dass barrel-field, bei den dominant negativen RhoA Mutanten, weiter in Richtung einer posterioren Region verschoben war.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Bading, Prof. Dr. Hilmar
Date of thesis defense: 27. February 2007
Date Deposited: 07. Mar 2007 11:21
Date: 2007
Faculties / Institutes: Service facilities > Interdisziplinäres Zentrum für Neurowissenschaften
Subjects: 500 Natural sciences and mathematics
Uncontrolled Keywords: Rho GTPase , brain development , transgenic mice
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