EMBRYONIC GLIA AND FOREBRAIN NEUROGENESIS; in vitro generation and differentiation of telencephalic neurons

Abstract

The current thesis is aimed to increase our understanding of the generation and differentiation of telencephalic neurons, with emphasis on the role of glial cells in these processes. Using in vitro methods we have studied the role of glial cells in neurogenesis, inheritance of genetic regional specification, and influence on differentiation of neurons. We demonstrate that expanded cell cultures exhibiting glial characteristics produce neurons when EGF and serum is removed from the culture medium. At least some of the neurons are generated by GFAP expressing progenitor cells. Proliferating (i.e. undifferentiated) progenitor cells expanded under different culture conditions exhibit distinct expression profiles of region specific genes. LGE precursor cells expanded as attached cultures are most similar to LGE subventricular zone cells, while progenitor cells within LGE neurospheres resemble LGE ventricular zone cells. Despite the differences in gene expression in the proliferating cell cultures, the neurons generated by expanded LGE attached or neurosphere cultures, in vitro, are comparable. Furthermore, expanded glial cultures from the LGE produce retinoic acid after 4 passages (at P4), but not at P9. MGE glial cultures do not produce retinoic acid. In co-culture with glial cultures maturation of primary LGE neurons is influenced. LGE neurons co-cultured with LGE glia grow long neurites, while they develop short processes on MGE glia. Furthermore, twice as many DARPP-32 positive neurons are produced in co-culture with retinoic acid producing P4 LGE glia, as compared to on non-retinoic acid producing P9 LGE glia or P5 MGE glia.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Radiella gliaceller kan inte bara skapa nervceller utan även inverka gynnsamt på deras mognad. En ny avhandling vid Lunds universitet visar att gliaceller bidrar mer aktivt till nervcellernas utveckling än man tidigare trott.



Enbart en transportled för omogna nervceller. Det har länge varit de radiella gliacellernas lott. Men det är inte hela sanningen enligt Charlotta Skoghs avhandling ”Embryonic Glia and Forebrain Neurogenesis”. Gliaceller från ett specifikt område i musfostrets framhjärna, LGE, får nämligen nervceller från samma område att mogna i cellodling.



Detta behöver inte nödvändigtvis vara sant för alla typer av gliaceller. Eller överförbart till förloppet i en levande organism. Men resultaten stärker hypotesen om att de radiella gliacellerna spelar en viktig roll för nervcellens utveckling.



Nervceller bildas av celler som delar sig djupt inne i hjärnan. När den blivande nervcellen delat sig en sista gång använder den en radiell gliacell som stege för att söka sig ut mot hjärnans yttre delar. Väl vid sin slutliga destination släpper den taget och mognar till en vuxen nervcell. Radiella gliaceller existerar endast medan fostret utvecklas, och lotsandet av nervceller har tidigare framstått som deras huvudsakliga uppgift.



Skogh har främst studerat LGE, en bananformad upphöjning i embryots framhjärna. LGE ger upphov till striatum i den vuxna hjärnan. Striatum reglerar bland annat de frivilliga rörelserna. För patienter med Huntingtons sjukdom, också kallat för danssjuka, dör striatums nervceller.



Forskargruppen som Skogh tillhör har tidigare slagit fast att retinolsyra påverkar mognaden av blivande striatum-nervceller. Avhandlingen visar i sin tur att radiella gliaceller från LGE producerar retinolsyra. När omogna celler från LGE odlas tillsammans med gliakulturer från LGE gynnar det signifikant mognaden av striatum-nervceller. Dubbelt så många bildas jämfört med om de omogna LGE-cellerna odlas med gliakulturer från MGE, ett annat område av framhjärnan. Markörproteinet DARPP-32 identifierar striatum-nervcellerna. Markören visar att nervcellerna är långt gångna i sin utveckling.



Ursprungsmaterialet till cellkulturerna från LGE och MGE dissekerades fram ur musfoster som var 13 dagar gamla. För att renodla de radiella gliacellerna expanderas cellkulturerna i ett lämpligt odlingsmedium under en månads tid. Gliacellerna från LGE producerar då ansenliga mängder retinolsyra. Det samma gäller inte för gliacellerna från MGE. Och om expansionen får fortsätta ytterligare en månad upphör produktionen av retinolsyra även hos gliacellerna från LGE.



Ingen retinolsyra innebär att färre nervceller stimuleras till att uttrycka DARPP-32. Både när de odlats tillsammans med gliakulturerna från MGE och med kulturer från LGE som expanderats under två månaders tid. Nervcellernas mognad kan även uppskattas genom att man mäter längden hos deras utskott. Gliakulturerna från LGE stimulerar som förväntat utskottens tillväxt hos de omogna cellerna från LGE. Intressant nog är det sant oberoende av om cellkulturen fått expandera under en eller två månader. För de celler som växer tillsammans med gliaceller från MGE visade sig utskotten däremot vara markant mer outvecklade. Alltså påverkar gliaceller från LGE mognaden av nervceller på två sätt: genom att stimulera utskottens tillväxt och genom att producera retionolsyra som i sin tur startar produktionen av DARPP-32.



Gliakulturer från LGE kan dessutom genom delning ge upphov till nervceller. Det visar den sista delen av avhandlingen. Dessa nervceller ärver regionspecifika egenskaper och bevarar med andra ord ett minne av varifrån ursprungscellerna kom.



Om dessa resultat generellt sett är relevanta även för den levande organismen kan de radiella gliacellerna liknas vid embryohjärnans föräldrar. Genom delning skaffar de sig avkomma som sedan uppfostras till att bilda centrala nervsystemets olika medborgare. Under den nyfödda nervcellens klättringen mot hjärnans ytterområden skulle den få signaler från gliacellen som påverkar dess utveckling. När gliacellen till sist låter sin skyddsling ta steget ut i vuxenvärlden är nervcellen med andra ord väl förberedd för sina nya arbetsuppgifter.

• author: Skogh, Charlotta
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Caldwell, Maeve
• organization: Neurobiology (research group)
• publishing date: 2003
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Neurosciences
• keywords: beta tubulin III, GFAP, RC2, Neurology, neuropsychology, neurofysiologi, DARPP-32, retinoic acid, serum, EGF, co-culture, cell culture, striatum, LGE, progenitor, precursor, radial glia, region specific, development, CNS, mouse, human, neurophysiology, Neurologi, neuropsykologi
• pages: 148 pages
• defense location: Segerfalksalen, Wallenberg Neurocentrum, Sölvegatan 17, Lund
• defense date: 2003-05-23 09:15:00
• ISBN: 91-628-5667-7
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: Retinoids are produced by glia in the lateral ganglionic eminence and regulate striatal neuron differentiation. Toresson, H., Mata de Urquiza, A., Fagerström, C., Perlmann, T., Campbell, K. Development 126, 1317-1326 (1999) Article: Homotopic glial regulation of striatal projection neuron differentiation. Skogh, C. and Campbell, K. NeuroReport, in press (2003). Article: Generation of regionally specified neurons in expanded glial cultures from the mouse and human lateral ganglionic eminence. Skogh, C., Eriksson, C., Kokaia, M., Meijer, X.C., Wahlberg, L.U., Wictorin, K., Campbell, K. MCN 17, 811-820 (2001) Article: The differentiation potential of precursor cells from the mouse lateral ganglionic eminence is restricted by in vitro expansion. Skogh, C., Parmar, M., Campbell, K. Neuroscience, in press (2003). Article: Regional specification of neurosphere cultures derived from subregions of the embryonic telencephalon. Parmar M., Skogh, C., Björklund, A., Campbell, K. MCN 21, 645-656 (2002)
• id: 6ddb9835-df4e-4be2-87df-3fc0f7136781 (old id 465692)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:48:58
• date last changed: 2018-11-21 21:00:55