Eine zelluläre und molekulare Charakterisierung der Gliazellen des Zentralkomplexes im embryonalen Gehirn von Schistocerca gregaria

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Expression des
astrozytenspezifischen Enzyms Glutaminsynthetase in Ergänzung zum
gliaspezifischen Marker Repo, um Gliazellen, die mit der
embryonalen Entwicklung des Zentralkomplexes in Schistocerca
gregaria assoziiert sind, zellulär und molekular zu
charakterisieren. Der Zentralkomplex ist ein modulares System
neuropiler Strukturen im Mittelhirn aller Insekten, und ist in
vielen Verhaltensvorgängen wie Laufen, Fliegen, Stridulation und
Ernährung involviert. In der Heuschrecke entwickeln sich die
Neuropile des Zentralkomplexes im Laufe der Embryogenese und sind
zum Zeitpunkt des Schlüpfens funktionsfähig. Trotz großer
Kenntnisse neuronaler Aspekte über die Entwicklung des
Zentralkomplexes verbleibt die Funktion der Gliazellen unklar. In
dieser Arbeit wurde das Expressionsmuster des
astrozytenspezifischen Enzyms Glutaminsynthetase (GS) und des
gliaspezifischen Homöobox Gens reversed polarity (repo) in
Kombination mit der negativen Expression des neuron-spezifischen
Markers Meerrettich Peroxidase (HRP) zur Identifizierung glialer
Zellen benutzt. Doppelfärbungen zeigen, dass alle GS-positiven
Zellen, die mit dem Zentralkomplex assoziiert sind, gleichzeitig
Repo-positiv sind. Zum ersten Mal konnte ich durch diese
Kombination nicht nur Zellkörper, sondern auch Projektionen
(Gliapodien) der Gliazellen sichtbar machen. Während der
Embryogenese, also noch vor der Entwicklung des Zentralkomplexes,
formen Gliazellen eine zusammenhängende Population, die aus der
Pars intercerebralis in die Region der Faserbündel einwandert.
Anschließend verteilen sich die Gliazellen neu und umhüllen jedes
der einzelnen Module des Zentralkomplexes. Innerhalb der einzelnen
Neuropile des Zentralkomplexes sind keine glialen Zellkörper zu
finden. Rekonstruktionen einzelner Zellen zeigen Populationen von
Gliazellen, die ausgedehnte umhüllende Projektionen um die
Neuropile des Zentralkomplexes, wie den Zentralkörper, senden,
während eine andere Population von Gliazellen säulenartige
Verzweigungen in den Zentralkörper hinein projiziert. Solche
Verzweigungen in den Modulen des Zentralkomplexes sind erst nach
Fertigstellung der Neuroarchitektur zu erkennen. Daher kann man
annehmen, dass diese Verzweigungen auf ein zuvor entstandenes
Gerüst von Neuronen oder Tracheen projizieren. Höchstwahrscheinlich
sind diese Gliaprojektionen in die Transmitterregulation innerhalb
des Neuropils involviert. Da Gliazellen weitreichende Projektionen
(Gliapodien) in und um die Mittelhirnneuropile senden, wurden in
gefrorenen Hirnschnitten intrazelluläre Injektionen durchgeführt um
zu erforschen, ob diese Gliazellen ein zelluläres Netzwerk via
Zellkopplung im Verlauf der Embryogenese bilden. Färbungen
individueller Zellen, die an vier unterschiedlichen
Injektionsstellen um den Zentralkörper lokalisiert sind, zeigen
eine Population gekoppelter Zellen, deren Anzahl und räumliche
Verteilung stereotypisch für jeden der Injektionspunkte ist.
Darüber hinaus sind sie sowohl bei 70%igem wie auch bei einem
embryonalen Entwicklungsstand von 100% miteinander vergleichbar.
Anschließende immunhistochemische Experimente bestätigen, dass es
sich bei den gekoppelten Zellen um astrozytenähnliche Gliazellen
handelt. Durch Hinzufügen von n-Heptanol in das Puffermedium wurde
die Zellkopplung verhindert. Da die Zellkopplung auch ohne direkten
intersomalen Kontakt auftritt, könnten die erheblichen
Verzweigungen der Gliapodien, die sich im Laufe der Embryogenese
ausbreiten, involviert sein. Durch die Datenerhebung aller
Injektionspunkte kann darauf geschlossen werden, dass die
Gliazellen, welche den Zentralkörper umrunden, ein Netzwerk
gekoppelter Gliazellen bilden, das als Positionierungssystem der
sich entwickelnden Neuropile des Zentralkomplexes dient.