German Title: Generierung und Analyse transgener Mäuse mit CRE Rekombinase Expression in spezifischen Interneuronen

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Abstract

GABAergic interneurons are the main source of inhibition in the central nervous system. In addition they play a crucial role during development since in a paradoxical fashion they are the origin of the first excitatory signals in the immature brain. GABAergic interneurons comprise about 10 – 20% of the neuronal cell population and they can be divided into several subtypes. GABAergic interneuron classifications have been based on different criteria, including anatomical, neurochemical or physiological characteristics. Although the overall number of interneurons is small compared to that of principal cells, by virtue of their connectivity, interneurons are able to shape and regulate the activity of numerous principal cells and thus influence network activity. To elucidate the role of interneurons during development and in the mature brain specific modifications of their molecular and physiological properties are required and can be achieved by selective ablation of distinct genes. An established and widely used technique is that of the CRE/loxP system. For ablation of a desired gene in a cell-type specific fashion the generation of mice expressing CRE recombinase in a subset of cells plus the generation of mice with a floxed allele are a prerequisite. The aim of this study was the generation of mice with CRE expression in all GABAergic interneurons and of mice with restricted expression of CRE recombinase in a subset of GABAergic interneurons, the somatostatin-positive interneurons. To this end mice with CRE expression under the control of the GAD67 promoter (GAD67CRE/+) - a common feature of almost all interneurons - and mice with CRE recombinase expression under the control of the somatostatin promoter (SOMCRE/+) were generated. Immunohistochemical analysis of both GAD67CRE/+ and SOMCRE/+ mice provided evidence that CRE recombinase is functional in vivo. Co-localisation studies of CRE recombinase and endogenous GAD67 expression, demonstrated a 100% overlap. Double-labelling experiments of endogenous somatostatin and CRE recombinase demonstrated a good correspondence in the hippocampus but less so in other brain regions. No developmental or behavioural deficits were observed as a consequence of the genetic manipulations. Cell-type specific ablations of several genes of interest, e.g. trkB receptors in GABAergic interneurons, NR1 and GluR-A subunits in somatostatin-positive interneurons are currently being generated and will help provide more insights into the function of GABAergic interneurons during development and their involvement in specific network activity.

Translation of abstract (German)

GABAerge Interneurone stellen die Hauptquelle für Inhibition im zentralen Nervensystem dar. Sie spielen außerdem eine wichtige Rolle während der Entwicklung, da sie paradoxerweise im embryonalen Gehirn Ursprung der ersten exzitatorischen Signale sind. GABAerge Interneurone umfassen 10 bis 20% der neuronalen Zellpopulation und können in verschiedene Subpopulationen eingeteilt werden. Die Klassifizierung von Interneuronen basiert auf der Einteilung nach anatomischen, neurochemischen und physiologischen Kriterien. Obwohl Interneurone eine vergleichsweise kleine Gruppe darstellen, haben sie auf Grund ihrer Verschaltung einen sehr großen modulierenden Einfluss auf Netzwerkaktivitäten indem sie die Erregbarkeit vieler Prinzipalzellen verändern. Um mehr über die Rolle von Interneuronen im sich entwickelnden und im adulten Gehirn zu erfahren sind gezielte Veränderungen ihrer molekularen und physiologischen Eigenschaften notwendig. Diese Modifizierungen können durch selektives Abschalten einzelner Gene erreicht werden. Eine etablierte Methode, um spezifisch Gene in bestimmten Zellpopulationen abzuschalten, ist das CRE/loxP System. Dieses System basiert auf der Kombination zweier transgener Mauslinien wovon eine CRE Rekombinase zelltypspezifisch exprimiert und die andere ein gefloxtes Allel besitzt. Das Ziel dieser Studie war es zwei transgene Mäuse zu generieren, die CRE Rekombinase jeweils spezifisch unter der Kontrolle eines interneuronalen Promoters exprimieren: zum einen wurde der GAD67 Promoter verwendet, der ein gemeinsames Merkmal aller Interneurone darstellt (GAD67CRE/+- Maus) und zum anderen der Promoter des Somatostatin Gens, der spezifisch für eine bestimmte interneuronale Subpopulation ist (SOMCRE/+- Maus). Die immunhistochemische Analyse beider Mäuse bestätigte die Funktionalität der CRE Rekombinase in vivo. Zusätzlich wurde mit Kolokalisationexperimenten überprüft, ob die Expression der CRE Rekombinase mit der des endogenen Gens, dessen Promoter verwendet wurde, übereinstimmt. Dies ergab im Fall der GAD67CRE/+- Maus eine 100% Übereinstimmung. SOMCRE/+- Mäuse wiesen eine gute Übereinstimmung im Hippocampus auf, jedoch nicht in kortikalen Gehirnregionen. Bei beiden Mäusen konnten keine entwicklungs- oder verhaltensspezifischen Auffälligkeiten auf Grund der genetischen Manipulationen festgestellt werden. Verpaarungen der GAD67CRE/+- und der SOMCRE/+- Mäuse mit transgenen Mäusen, die ein gefloxtes Gen besitzen, werden zur Zeit durchgeführt. Dadurch sollen unter anderem der trkB Rezeptor in GABAergen Interneuronen, sowie die NR1 und GluR-A Untereinheiten von NMDA- und AMPA Rezeptoren in Somatostatin positiven Interneuronen abgeschaltet werden. Die Analyse dieser zelltypspezifischen Knock-out Mäuse wird dazu beitragen die Funktion von GABAergen Interneuronen in Entwicklungs- und Netzwerkprozessen weiter aufzuklären.