Kartierung des Zellschicksals von C-X-C-Motiv Chemokin-Rezeptor 4-exprimierenden dopaminergen Vorläuferzellen im ventralen Mittelhirn

Abstract

Dopaminerge Neurone des Mittelhirns (mDAN) sind eine heterogene Gruppe, in der sich die Neurone durch verschiedene Merkmale, wie etwa ihre anatomische Lokalisation, Konnektom, ihre Funktion und ihrer Vulnerabilität in Bezug auf neurodegenerative Er-krankungen unterscheiden. Sie werden aus einer ventralen Vorläuferzone des Mittelhirns über einen Zeitraum von mehreren Tagen [Embryonaltag 10.0 (E10.0) bis E14.5 bei der Maus] gebildet. Innerhalb dieses neurogenen Zeitraums könnte ein sich progressiv ver-änderndes Schicksalspotenzial der mDA-Vorläufer zur Bildung verschiedener neuronaler Subpopulationen der mDAN beitragen. Um diese Theorie zu prüfen, kombinierten wir eine induzierbare genetische Strategie zur Kartierung des Zellschicksals und intersektio-nelle Markierungsansätze im Mausmodell, um die Abstammung von Zellen zu verfolgen, die die das Chemokinrezeptor C-X-C-Motiv-Chemokin-Rezeptor 4 (CXCR4)-Transkript exprimieren. Das Cxcr4-Transkript wird in mDA-Vorläufern von E10.5 bis E16.5, nicht aber in vollständig differenzierten mDAN exprimiert. Diese Methode ermöglicht zu unter-suchen, ob der Zeitpunkt der Markierung mit der späteren Lokalisation der Cxcr4-abstammenden Zellen innerhalb verschiedener anatomischer mDAN Gruppen korreliert, wobei davon ausgegangen wird, dass die finale anatomische Lokalisation der mDAN teil-weise mit ihrer Funktion und Konnektivität korreliert. Die detaillierte Analyse der markier-ten Zellen im Mittelhirn wurde um den Geburtszeitpunkt der Mäuse herum vorgenommen. <br> Cxcr4-exprimierende mDA-Vorläufer, die bei E11.5 markiert werden, entwickeln sich zu einer breiten Palette von mDAN, während die Markierung der Cxcr4-Linie zu späteren Zeitpunkten (E12.5-E15.5) zu einem zunehmend eingeschränkten Beitrag zu mDAN führt. Dieser Beitrag verläuft mit fortschreitender Embryonalentwicklung in der SNpc von lateral nach medial und im VTA von dorsal nach ventral. Zusammenfassend unterstützen die Ergebnisse die Theorie einer zunehmenden Kompetenzrestriktion der Vorläuferzellen der mDAN im Verlauf ihrer embryonalen Entwicklung.

Midbrain dopaminergic neurons (mDAN) are a heterogeneous group in which neurons are distinguished by various features, such as their anatomical localisation, connectome, function and vulnerability to neurodegenerative diseases. They are formed from a ventral progenitor zone of the midbrain over a period of several days [embryonic day 10.0 (E10.0) to E14.5 in mice]. Within this neurogenic period, a progressively changing fate potential of the mDA precursors could contribute to the formation of different neuronal subpopulations of the mDAN. To test this theory, we combined a strategy for inducible genetic fate mapping and an intersectional labelling approach in a mouse model to track the lineage of cells expressing the C-X-C motif chemokine receptor 4 (CXCR4) transcript. The Cxcr4 transcript is expressed in mDA precursors from E10.5 to E16.5, but not in fully differentiated mDAN. This method allows to investigate whether the timing of labelling correlates with the subsequent localisation of Cxcr4-derived cells within different anatomical mDAN groups, assuming that the final anatomical localisation of the mDAN partially correlates with its function and connectivity. The detailed analysis of the labelled cells in the midbrain was performed around the time of birth of the mice. <br> Cxcr4-expressing mDA precursors labelled at E11.5 develop into a broad range of mDAN, whereas labelling of the Cxcr4 lineage at later time points (E12.5-E15.5) results in an increasingly restricted contribution to mDAN. This contribution progresses from lateral to medial in the SNpc and from dorsal to ventral in the VTA as embryonic development proceeds. In summary, the results support the theory of an increasing competence restriction of mDAN precursor cells during their embryonic development.