Morphologische und ultrastrukturelle Charakterisierung der Mitochondrien in Purkinje-Zellen Engrailed-2-transgener Mäuse

Abstract

Das Homöodomainprotein Engrailed-2 spielt eine wichtige Rolle in Kompartimentierungsprozessen der Mittelhirn-/Nachhirnregion und des Kleinhirns, der Neurogenese und neuronalen Differenzierung sowie der axonalen Wegfindung und kann das Überleben mensencephaler dopaminerger Neurone regulieren. Engrailed-2-transgene Mausmutanten zeigen Verhaltensauffälligkeiten, die sich als Autismus-ähnlicher Phänotyp interpretieren lassen. Auch beim Menschen sind genetische Variationen des Engrailed-2-Gens mit autistischem Verhalten assoziiert worden. Durch Expressions-Analysen wurde gezeigt, dass ein mögliches Ziel einer veränderten Genexpression durch Engrailed-2 Mitochondrien sein könnten. Obwohl es viele funktionelle Überschneidungen zwischen Engrailed-2 und Mitochondrien in Neurogenese und neuronalem Überleben gibt, und Mitochondrien in der Pathophysiologie zahlreicher neuropsychiatrischer Erkrankungen eine Rolle spielen, wurden die Folgen einer veränderten Engrailed-2-Expression auf die mitochondriale Verteilung und Morphologie bisher nicht untersucht. Daher sollte in dieser Arbeit in Purkinje-Zellen einer Engrailed-2-überexprimierenden und einer Engrailed-2-Knockout-Maus die Verteilung und Morphologie der Mitochondrien charakterisiert werden. <br /> In immunhistochemischen Färbungen der Untereinheit A des mitochondrialen Enzyms Succinatdehydrogenase zeigte sich in den Engrailed-2-transgenen Tieren ein vermindertes Intensitätsverhältnis zwischen axonalem und dendritischem Zellpol. In cerebellären Schnittkulturen konnte diese differente Verteilung nicht nachgewiesen werden. Bei morphometrischen Untersuchungen aus elektronenmikroskopischen Aufnahmen waren keine Unterschiede in der mitochondrialen Anzahl, Dichte, Fläche oder dem Durchmesser im Vergleich zum Wildtyp nachweisbar. Engrailed scheint folglich nicht die Morphologie der Mitochondrien oder deren Lage zu verändern, sondern eher die Expression oder den Transport von mitochondrialen Proteinen über die Mitochondrienmembran zu steuern. <br /> Über welche Mechanismen diese Steuerung stattfindet ist bisher nicht bekannt. Da in cerebellären Schnittkulturen keine Veränderungen in der zellulären Verteilung der Mitochondrien nachgewiesen werden konnten, ist von einem nicht-intrinsischen Effekt auszugehen. Diese Arbeit zeigt, dass Mitochondrien mögliche Zielstrukturen von Engrailed Proteinen sind. Dieses Ergebnis kann einen möglichen Hinweis darauf geben, über welchen Mechanismus die in Engrailed-überexprimierenden Purkinje-Zellen beobachtete früh postnatale Entwicklungsverzögerung zu Stande kommen könnte.