| Lizenz: Creative Commons Namensnennung 4.0 International (3MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-439313
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.43931
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 15 Oktober 2020 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Inga Neumann |
| Tag der Prüfung: | 16 September 2020 |
| Institutionen: | Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Zoologie > Tierphysiologie/Neurobiologie (Prof. Dr. Inga Neumann) |
| Stichwörter / Keywords: | Oxytocin receptor; Single Nucleotide Polymorphisms; neuronal signaling |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 590 Tiere (Zoologie) |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 43931 |
Zusammenfassung (Deutsch)
Oxytocin ist ein Neurohormon, welches eine wichtige Rolle bei sozialen Verhaltensweisen spielt. Eine Fehlregulation des Oxytocin Systems kann daher zu tiefgreifenden Konsequenzen für die mentale Gesundheit führen. Solche Fehlregulationen können den Liganden selbst betreffen, wobei eine generell erniedrigte Konzentration bei einer Patientengruppe, die an einer Form von Autismus leidet, ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Oxytocin ist ein Neurohormon, welches eine wichtige Rolle bei sozialen Verhaltensweisen spielt. Eine Fehlregulation des Oxytocin Systems kann daher zu tiefgreifenden Konsequenzen für die mentale Gesundheit führen. Solche Fehlregulationen können den Liganden selbst betreffen, wobei eine generell erniedrigte Konzentration bei einer Patientengruppe, die an einer Form von Autismus leidet, festzustellen ist. Des Weiteren konnte eine genetische Komponente, sogenannte Einzelnukleotidpolymorphismen (engl. single nucleotide polymorphisms, kurz SNPs), im Oxytocin Rezeptor Gen mit Autismus assoziiert werden. Aufgrund dieser Assoziationen und seiner vielversprechenden prosozialen und angstlösenden Wirkung, wird bereits seit längerem intensiv am Einsatz von Oxytocin als Therapeutikum bei psychosozialen Störungen geforscht. In den bestehenden Studien zeichnet sich jedoch ein eher kontroverses Bild ab. Während die Verabreichung einer einzelnen Dosis Oxytocin, das über ein Nasenspray appliziert wird, meist zu positiven Effekten in den Tests führte, kam es bei der wiederholten Gabe über einen längeren Zeitraum oft zu keiner Verbesserung der Symptome. Um eine langfristig sichere Therapie mit Oxytocin gewährleisten zu können, oder mögliche Alternativen zu identifizieren, müssen die molekularen Wirkmechanismen von Oxytocin und des Oxytocin Rezeptors genauer untersucht werden.
In meiner Doktorarbeit habe ich verschiedene Zelllinien verwendet, um die daran beteiligten Signalwege und zellulären Prozesse aufzuklären. So konnte ich zeigen, dass Oxytocin die Morphologie von Neuronen beeinflussen kann, indem es zu einer Änderung der Neuritenlänge führt. Ob sich dies in einer Verkürzung oder Verlängerung der neuronalen Fortsätze äußert, ist von der Expression und Aktivierung des Transkriptionsfaktors Myocyte Enhancer Factor (MEF) 2A abhängig. In diesem Zusammenhang konnte ich zwei Faktoren identifizieren, welche die Aktivität von MEF2A regulieren: den MAP Kinase Signalweg und die Phosphatase Calcineurin.
Zudem konnte ich durch einen Knock-out von MEF2A dessen zentrale Rolle bei der Funktion von Mitochondrien mit direkter Konsequenz für die Energiebereitstellung in Neuronen belegen.
Des Weiteren habe ich die Auswirkungen einer genetischen Variante des Oxytocin Rezeptors, des SNPs rs4686302, der in verschiedenen Studien mit Autismus, Empathie und sozialen Kognitionsstörungen assoziiert wurde, auf molekularer Ebene untersucht. Durch den
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unmittelbaren Vergleich zweier humaner Zelllinien, wobei eine die SNP- und die andere eine Wildtyp-Variante des Rezeptors exprimierte, konnte ich Abweichungen gezielt analysieren. Durch eine Sequenzierung des Genoms fiel dabei eine Duplikation des Oxytocin Rezeptor Gens in der SNP-Zelllinie als weitere Variation auf. Auf Basis der beiden genetischen Varianten, konnte ich Unterschiede hinsichtlich der Rezeptorstabilität, des Calcium- und MAP Kinase Signalweges sowie eine umfassend differentielle Genregulation aufzeigen.
Zusammenfassend konnte ich durch meine Arbeit das Wissen über die zellulären Effekte von Oxytocin und die Auswirkungen von genetischen Variationen, die das Oxytocin Rezeptor Gen betreffen, erweitern und somit zu einem besseren Verständnis des Oxytocin Systems beitragen.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
OT has gained attention not only as anxiolytic drug and as potential treatment option for autistic children; it also acts as a growth and differentiation factor in neuronal cells. While behavioral effects of OT have been studied in detail, knowledge about the cellular effects of OT is relatively sparse. In this study, we present evidence for three hypotheses: 1) OT leads to neurite retraction in ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
OT has gained attention not only as anxiolytic drug and as potential treatment option for autistic children; it also acts as a growth and differentiation factor in neuronal cells. While behavioral effects of OT have been studied in detail, knowledge about the cellular effects of OT is relatively sparse. In this study, we present evidence for three hypotheses: 1) OT leads to neurite retraction in hypothalamic neurons via the OTR 2) The transcription factor MEF2A is a central regulator of OT-induced neurite retraction, and 3) The MAPK pathway is critical for OT-induced MEF2A activation. Incubation of rat hypothalamic H32 cells with 10 nM to 1 μM OT, vasopressin, and the specific OTR agonist TGOT, over the course of 12 h resulted in a time-dependent, significant retraction of neurites. In addition, the size of the nuclear compartment increased, whereas the overall cell size remained unchanged. OT treatment for 10 h increased the cellular viability significantly, and this effect could be blocked by a specific OTR antagonist, providing evidence for a specific and pro-active effect of OT on neurite retraction, and not as an unspecific side effect of apoptosis. The molecular mechanism that controls OT-induced neurite retraction includes a reduced phosphorylation of the transcription factor MEF2A at S408. This dephosphorylation is under the control of the OTR-coupled MAPK pathway, as blocking MEK1/2 by U0126 inhibited MEF2A activation and subsequent neurite retraction. The siRNA-mediated knockdown of MEF2A prevented the OT-induced neurite retraction, providing direct evidence for a role of MEF2A in morphological alterations induced by OT treatment. In summary, the present study reveals a previously unknown OTR-coupled MAPK-MEF2A pathway, which is responsible for OT-induced neurite retraction of hypothalamic neurons.
The neuropeptide OT is a well-described modulator of socio-emotional traits, such as anxiety, stress, social behavior, and pair bonding. However, when dysregulated, it is associated with adverse psychiatric traits, such as various aspects of ASD. In this study, we identify the transcription factor MEF2A as the common link between OT and cellular changes symptomatic for ASD, encompassing neuronal morphology, connectivity, and mitochondrial function. We provide evidence for MEF2A as the decisive factor defining the cellular response to OT: while OT induces neurite retraction in MEF2A expressing neurons, OT causes neurite outgrowth in absence of MEF2A. A CRISPR-Cas-mediated knockout of MEF2A and retransfection of an active version or permanently inactive mutant, respectively, validated our findings. We also identified the phosphatase CaN as the main upstream regulator of OT-induced MEF2A signaling. Further, MEF2A signaling dampens mitochondrial functioning in neurons, as MEF2A knockout cells show increased maximal cellular respiration, spare respiratory capacity, and total cellular ATP. In summary, we reveal a central role for OT-induced MEF2A activity as major regulator of cellular morphology as well as neuronal connectivity and mitochondrial functioning, with broad implications for a potential treatment of disorders based on morphological alterations or mitochondrial dysfunction.
The OTR gene variant rs4686302, a non-synonymous SNP resulting in the OTR variant A218T, has been associated with core characteristics of ASD, social cognition deficits/attention disorders, and trait empathy in healthy persons. However, the underlying molecular mechanism that causes those traits is unknown. In this study, we provide evidence that the OTR variant A218T as well as an OTR gene duplication alters OT-induced intracellular signaling. In a functional in vitro study we created two monoclonal HEK293 cell lines, stably expressing either the OTR wildtype or the A218T variant. We performed whole genome and RNA sequencing with a subsequent gene ontology (GO) analysis and assessed several cellular parameters like the OTR protein stability, MAPK pathway activation and Ca2+ signaling. Upon stimulation with OT, RNA Sequencing analysis revealed 7823 differentially regulated genes, with 429 genes being associated with ASD. Our study provides new insights into the cellular effects of genetic variations affecting the OTR that have been associated with ASD, and their functional consequences on cellular processes as well as gene expression.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 16:00
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