velikost textu

Molekulární mechanismy v transkripční regulaci neurosenzorického vývoje

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Molekulární mechanismy v transkripční regulaci neurosenzorického vývoje
Název v angličtině:
Molecular mechanisms in transcriptional regulation of neurosensory development
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Iva Mácová
Školitel:
RNDr. Gabriela Pavlínková, Ph.D.
Oponenti:
RNDr. Rostislav Tureček, Ph.D.
Ing. Lukáš Valihrach, Ph.D.
Id práce:
135117
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
Program studia:
Molekulární a buněčná biologie, genetika a virologie (P1519)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
7. 2. 2020
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Čeština
Klíčová slova:
ISL1, SOX2, NEUROD1, transkripční faktor, vývoj vnitřního ucha, sluchový a vestibulární systém
Klíčová slova v angličtině:
ISL1, SOX2, NEUROD1, transcriptional factor, inner ear development, auditory and vestibular system
Abstrakt:
Abstrakt Vývoj, maturace a životaschopnost neurosenzorických buněk vnitřního ucha je závislá na přesné časové a prostorové expresi transkripčních faktorů. Předmětem studia předkládané práce je objasnění funkce transkripčních faktorů ISL1, SOX2 a NEUROD1 v neurosenzorickém vývoji vnitřního ucha za použití tří myších modelů [Tg(Pax2-Isl1)], Sox2CKO a Neurod1CKO. Myší mutant [Tg(Pax2-Isl1)] má ve svém genomu transgenní sekvenci kódující gen Isl1, jehož exprese je řízena regulační sekvencí pro gen Pax2. Ektopická exprese ISL1 řízená regulační sekvencí Pax2 vedla ke zvětšení kochleovestibulárního ganglia a urychlený růst neuritů vnitřního ucha u embryí [Tg(Pax2-Isl1)]. V dospělosti u těchto mutantů docházelo k urychlené ztrátě sluchu v důsledku zhoršující se funkce vnějších vláskových buněk. Tyto změny korelovaly se ztrátou eferentních vláken z mediální olivy superior inervující vnější vláskové buňky. Poprvé jsme ukázali, že podstatou stařecké nedoslýchavosti (presbyakuze) kromě ztráty vláskových buněk a neuronů spirálního ganglia může být i poškození eferentní inervace. Kromě presbyakuze byly myši [Tg(Pax2-Isl1)] hyperaktivní. Po podání pikrotoxinu, blokátoru chloridových kanálů spjatých s GABA receptory, došlo u těchto mutantů k významnému potlačení hyperaktivity. Tyto analýzy ukázaly, že nadměrná a ektopická exprese ISL1 ovlivnila funkci GABAergních neuronů. Kromě změn v GABA signalizaci měli tito mutanti zmenšený colliculus inferior a nesprávně morfologicky formovaný mozeček, což souvisí s abnormálním vestibulárním fenotypem myší [Tg(Pax2-Isl1)]. Pro analýzy funkce SOX2 ve vývoji vnitřního ucha byl pomocí systému Cre-loxP vytvořen nový myší model s podmíněnou delecí Sox2 v buňkách exprimujících ISL1 (Sox2CKO). U Sox2CKO docházelo k diferenciaci pouze omezeného počtu vláskových buněk v utrikulu, sakulu a bázi kochley, zatímco kristy a kochleární apex zůstaly zcela bez vláskových buněk. Jeden z hlavních rozdílů mezi vláskovými buňkami v těchto dvou skupinách orgánů vnitřního ucha je jejich původ. Vláskové buňky krist a kochleárního apexu se vyvíjí výhradně ze senzorických prekurzorů, zatímco část vláskových buněk v utrikulu, sakulu a bázi kochley vzniká z neurosenzorických prekurzorů, což by mohlo ovlivnit jejich diferenciaci u Sox2CKO. Analýzy neurálního vývoje vnitřního ucha ukázaly, že raně se vyvíjející neurony, které inervují vestibulární orgány a kochleární bázi, se diferencovaly u Sox2CKO, avšak časem podléhaly apoptóze v důsledku nedostatku neurotrofických faktorů, které jsou produkované vláskovými buňkami. Naopak později vznikající neurony v apexu se u Sox2CKO vůbec nediferencovaly. SOX2 je tedy nutný pro diferenciaci později se vyvíjejících apikálních sluchových neuronů, pro přežití vestibulárních a bazálních sluchových neuronů a pro diferenciaci vláskových buněk senzorického původu. Pomocí systému Cre-loxP byl také vytvořen unikátní model s tkáňově specifickou delecí Neurod1 pouze ve vnitřním uchu a se zachováním exprese NEUROD1 v komponentech centrální sluchové dráhy v mozku (Neurod1CKO). Využitím tohoto modelu bylo možné ukázat, jak vývojové změny na periferii ovlivňují funkce centrální sluchové dráhy. Primárním důsledkem delece Neurod1 byla zkrácená kochlea se sníženým počtem neuronů spirálního ganglia, dezorganizovanou inervací a chybějícím tonotopickým uspořádáním. Důsledkem změn ve vnitřním uchu docházelo sekundárně k vývoji zmenšeného kochleárního jádra postrádajícího tonotopické uspořádání. Tyto změny vedly ke změnám vlastností neuronů v colliculus inferior projevující se zhoršenými funkcemi při zpracování akustického signálu – omezené vnímání slyšitelných frekvencí, zhoršená selektivita frekvencí a abnormální odpovědi při behaviorálních testech.
Abstract v angličtině:
Abstract The development, maturation, and viability of inner ear neurosensory cells depend on the spatiotemporal expression of multiple transcriptional factors. Based on three mouse models [Tg(Pax2-Isl1)], Sox2CKO, and Neurod1CKO, this thesis investigates the function of three transcriptional factors ISL1, SOX2 and NEUROD1 in the neurosensory development of the inner ear. The mouse mutant [Tg(Pax2-Isl1)] carries transgenic sequence containing Isl1 gene under Pax2 regulatory sequence in its genome. ISL1 ectopic expression driven by Pax2 regulatory sequence resulted in the enlarged cochleovestibular ganglion and accelerated neurite extension in [Tg(Pax2- Isl1)] embryos. In adult mutants, we detected an early onset of age-related hearing loss correlating with the worsening function of outer hair cells. These changes were associated with the loss of medial olivocochlear efferent neuron fibers innervating outer hair cells. For the first time, we showed that the age-related hearing loss (presbyacusis) might be caused by efferent innervation defects besides hair cell loss and spiral ganglion degeneration. In addition to presbyacusis, [Tg(Pax2-Isl1)] mice suffered from hyperactivity that was diminished by the administration of picrotoxin – channel blocker for GABA receptor chloride channels. This indicates that ISL1 overexpression impacts GABAergic neuron function. Besides changes in GABAergic signalization, [Tg(Pax2-Isl1)] mice had the reduced size of inferior colliculus and the aberrant morphology of the cerebellum, corresponding to the abnormal vestibular phenotype of these mutant mice. For analysis of SOX2 function during inner ear development, we generated a new mouse model with conditional deletion of Sox2 in ISL1 positive cells using the Cre-loxP system (Sox2CKO). In Sox2CKO, a limited number of hair cells of neurosensory origin differentiated in the utricle, saccule, and cochlear base, while all cristae and the cochlear apex were devoid of any hair cells derived from sensory precursors. Early developed neurons innervating the vestibular end organs and cochlear base differentiated in Sox2CKO. However, all these early differentiated neurons died later by apoptosis due to a lack of neurotrophins that are produced by hair cells. Late forming apical neurons in the cochlea did not differentiate at all in Sox2CKO. Our results demonstrate that transcriptional factor SOX2 is necessary for the differentiation of late forming neurons in the cochlear apex, for the maintenance of vestibular and basal spiral ganglion neurons, and for the differentiation of hair cells derived from sensory progenitors. We used the Cre-loxP system to conditionally delete Neurod1 gene in the inner ear but to retain NEUROD1 expression in the auditory nuclei and auditory midbrain (Neurod1CKO). Using Neurod1CKO, we demonstrated how developmental changes in the periphery affect the function of the central auditory system. The primary consequence of Neurod1 deletion was shortened cochlea containing reduced number of spiral ganglion neurons with disorganized innervation and missing tonotopy. Abnormalities in the inner ear resulted in the size reduction of the cochlear nucleus and a loss of tonotopic organization of the central auditory pathway. These changes altered tuning properties of inferior colliculus neurons – truncated frequency range, worsened frequency selectivity, and abnormal responses in behavioral tests.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Iva Mácová 51.81 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Iva Mácová 176 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Iva Mácová 171 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Mgr. Iva Mácová 164 kB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Rostislav Tureček, Ph.D. 386 kB
Stáhnout Posudek oponenta Ing. Lukáš Valihrach, Ph.D. 201 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby RNDr. Dana Holá, Ph.D. 154 kB