Biểu hiện Tyrosine Hydroxylase mRNA ở Vỏ não và Đáy Striatum ở Chuột sơ sinh và trưởng thành

Springer Science and Business Media LLC - 2003
Harriet Baker1, Kazuto Kobayashi2, Hideyuki Okano, Sachiko Saino-Saito1
1Weill Medical College of Cornell University at The Burke Medical Research Institute, White Plains, USA
2Department of Molecular Genetics, Institute of Biomedical Sciences, Fukushima Medical University School of Medicine, Fukushima, Japan

Tóm tắt

1. Làm sáng tỏ các cơ chế liên quan đến việc điều tiết kiểu hình dopamine (DA) trong quá trình phát triển và ở động vật trưởng thành là một trong những trọng tâm chính của nhiều sinh viên và nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Donald Reis. Trong một loạt các nghiên cứu, sự biểu hiện của tyrosine hydroxylase (TH), enzyme đầu tiên trong con đường tổng hợp DA, đã được kích thích trong các nuôi cấy sơ cấp chuẩn bị từ cấu trúc vỏ não của phôi chuột vào ngày 13 (E13) đến ngày 17 (E17). Dựa trên các dữ liệu này, các nghiên cứu hiện tại đã điều tra xem liệu trong các điều kiện thích hợp, sự biểu hiện TH có thể xảy ra ở các vùng não trước mà không chứa các neuron DA thông thường hay không. 2. Một chủng chuột chuyển gen mang cấu trúc trình điều khiển TH/EGFP (protein huỳnh quang xanh được tăng cường) dài 9-kb đã được phân tích ở dạng trưởng thành để kiểm tra sự đồng biểu hiện của báo cáo huỳnh quang và gen nội sinh, cái sau sử dụng một quy trình lai phân tử nhạy cảm không phóng xạ. Quy trình này cũng được sử dụng để xác định sự phát triển biểu hiện TH nội sinh ở vỏ não sơ sinh. 3. Các tế bào ở vỏ não và đáy striatum chứa mRNA TH đã được quan sát vào ngày sau sinh 5 (P5), nhưng không thấy ở P2, tăng số lượng vào P7 và có mặt ở người lớn. Nhiều tế bào trong vỏ não và striatum đồng biểu hiện mRNA TH và EGFP, nhưng protein TH không được phát hiện trong các vùng não này cho thấy sự điều chỉnh phiên mã và dịch mã độc lập của sự biểu hiện TH. Sự biểu hiện chồng chéo của hai chỉ báo phiên mã và protein TH trong hành khứu xảy ra chỉ ở những neuron DA nhận kích thích từ tế bào thụ cảm. 4. Những phát hiện này gợi ý rằng sự phân hóa DA một phần có thể xảy ra trong một số tế bào vỏ não và đáy striatum, nhưng sự biểu hiện đầy đủ của kiểu hình yêu cầu sự kích hoạt synap hoặc sự giải phóng phụ thuộc vào hoạt động của chưa được xác định các yếu tố.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Altman, J., and Das, G. D. (1966). Autoradiographic and histological studies of postnatal neurogenesis. I. A longitudinal investigation of the kinetics, migration and transformation of cells incorporating tritiated thymidine in neonate rats, with special reference to postnatal neurogenesis in some brain regions. J. Comp. Neurol. 126:337–389.

Alvarez-Buylla, A., and Garcia-Verdugo, J. M. (2002). Neurogenesis in adult subventricular zone. J. Neurosci. 22:629–634.

Anderson, S. A., Eisenstat, D. D., Shi, L., and Rubenstein, J. L. (1997a). Interneuron migration from basal forebrain to neocortex: Dependence on Dlx genes. Science 278:474–476.

Anderson, S., Mione, M., Yun, K., and Rubenstein, J. L. (1999). Differential origins of neocortical projection and local circuit neurons: Role of Dlx genes in neocortical interneuronogenesis. Cereb. Cortex 9:646–654.

Anderson, S. A., Qiu, M., Bulfone, A., Eisenstat, D. D., Meneses, J., Pedersen, R., and Rubenstein, J. L. (1997b). Mutations of the homeobox genes Dlx-1 and Dlx-2 disrupt the striatal subventricular zone and differentiation of late born striatal neurons. Neuron 19:27–37.

Asmus, S. E., Kincaid, A. E., and Newman, S. W. (1992). A species-specific population of tyrosine hydroxylase-immunoreactive neurons in the medial amygdaloid nucleus of the Syrian hamster. Brain Res. 575:199–207.

Asmus, S. E., and Newman, S. W. (1993). Tyrosine hydroxylase mRNA-containing neurons in the medial amygdaloid nucleus and the reticular nucleus of the thalamus in the Syrian hamster. Brain Res. Mol. Brain Res. 20:267–273.

Baker, H. (1990). Unilateral, neonatal olfactory deprivation alters tyrosine hydroxylase expression but not aromatic amino acid decarboxylase or GABA immunoreactivity. Neuroscience 36:761–771.

Baker, H., and Farbman, A. I. (1993). Olfactory afferent regulation of the dopamine phenotype in the fetal rat olfactory system. Neuroscience 52:115–134.

Baker, H., Joh, T. H., and Reis, D. J. (1980). Genetic control of number of midbrain dopaminergic neurons in inbred strains of mice: Relationship to size and neuronal density of the striatum. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 77:4369–4373.

Baker, H., Joh, T. H., and Reis, D. J. (1982). Time of appearance during development of differences in nigrostriatal tyrosine hydroxylase activity in two inbred mouse strains. Brain Res. 256:157–165.

Baker, H., Joh, T. H., Ruggiero, D. A., and Reis, D. J. (1983). Variations in number of dopamine neurons and tyrosine hydroxylase activity in hypothalamus of two mouse strains. J. Neurosci. 3:832–843.

Baker, H., Kawano, T., Albert, V., Joh, T. H., Reis, D. J., and Margolis, F. L. (1984). Olfactory bulb dopamine neurons survive deafferentation-induced loss of tyrosine hydroxylase. Neuroscience 11:605–615.

Baker, H., Liu, N., Chun, H. S., Saino, S., Berlin, R., Volpe, B., and Son, J. H. (2001). Phenotypic differentiation during migration of dopaminergic progenitor cells to the olfactory bulb. J. Neurosci. 21:8505–8513.

Baker, H., Morel, K., Stone, D. M., and Maruniak, J. A. (1993). Adult naris closure profoundly reduces tyrosine hydroxylase expression in mouse olfactory bulb. Brain Res. 614:109–116.

Beltramino, C. A., Forbes, M. S., Swanson, D. J., Alheid, G. F., and Heimer, L. (1996). Amygdaloid input to transiently tyrosine hydroxylase immunoreactive neurons in the bed nucleus of the stria terminalis of the rat. Brain Res. 706:37–46.

Berger, B., Verney, C., Gaspar, P., and Febvret, A. (1985). Transient expression of tyrosine hydroxylase immunoreactivity in some neurons of the rat neocortex during postnatal development. Brain Res. 355:141–144.

Cho, J. Y., Min, N., Franzen, L., and Baker, H. (1996). Rapid down-regulation of tyrosine hydroxylase expression in the olfactory bulb of naris-occluded adult rats. J. Comp. Neurol. 369:264–276.

Cigola, E., Volpe, B. T., Lee, J. W., Franzen, L., and Baker, H. (1998). Tyrosine hydroxylase expression in primary cultures of olfactory bulb: Role of L-type calcium channels. J. Neurosci. 18:7638–7649.

Corbin, J. G., Gaiano, N., Machold, R. P., Langston, A., and Fishell, G. (2000). The Gsh2 homeodomain gene controls multiple aspects of telencephalic development. Development 127:5007–5020.

Corbin, J. G., Nery, S., and Fishell, G. (2001). Telencephalic cells take a tangent: Non-radial migration in the mammalian forebrain. Nat. Neurosci. 4(Suppl.) 1177–1182.

Du, X., and Iacovitti, L. (1995). Synergy between growth factors and transmitters required for catecholamine differentiation in brain neurons. J. Neurosci. 15:5420–5427.

Du, X., and Iacovitti, L. (1997). Multiple signaling pathways direct the initiation of tyrosine hydroxylase gene expression in cultured brain neurons. Brain Res. Mol. Brain Res. 50:1–8.

Du, X., Stull, N. D., and Iacovitti, L. (1994). Novel expression of the tyrosine hydroxylase gene requires both acidic fibroblast growth factor and an activator. J Neurosci. 14:7688–7694.

Eisenstat, D. D., Liu, J. K., Mione, M., Zhong, W., Yu, G., Anderson, S. A., Ghattas, I., Puelles, L., and Rubenstein, J. L. (1999). DLX-1, DLX-2, and DLX-5 expression define distinct stages of basal forebrain differentiation. J. Comp. Neurol. 414:217–237.

Gaspar, P., Berger, B., Febvret, A., Vigny, A., Krieger-Poulet, M., and Borri-Voltattorni, C. (1987). Tyrosine hydroxylase-immunoreactive neurons in the human cerebral cortex: A novel catecholaminergic group? Neurosci. Lett. 80:257–262.

Iacovitti, L. (1991). Effects of a novel differentiation factor on the development of catecholamine traits in noncatecholamine neurons from various regions of the rat brain: Studies in tissue culture. J. Neurosci. 11:2403–2409.

Iacovitti, L., Evinger, M. J., Joh, T. H., and Reis, D. J. (1989). A muscle-derived factor(s) induces expression of a catecholamine phenotype in neurons of cultured rat cerebral cortex. J. Neurosci. 9:3529–3537.

Iacovitti, L., Lee, J., Joh, T. H., and Reis, D. J. (1987). Expression of tyrosine hydroxylase in neurons of cultured cerebral cortex: Evidence for phenotypic plasticity in neurons of the CNS. J. Neurosci. 7:1264–1270.

Jaeger, C. B., and Joh, T. H. (1983). Transient expression of tyrosine hydroxylase in some neurons of the developing inferior colliculus of the rat. Brain Res. 313:128–132.

Kirschenbaum, B., Doetsch, F., Lois, C., and Alvarez-Buylla, A. (1999). Adult subventricular zone neuronal precursors continue to proliferate and migrate in the absence of the olfactory bulb. J. Neurosci. 19:2171–2180.

Kitahama, K., Geffard, M., Okamura, H., Nagatsu, I., Mons, N., and Jouvet, M. (1990). Dopamine-and dopa-immunoreactive neurons in the cat forebrain with reference to tyrosine hydroxylase-immunohistochemistry. Brain Res. 518:83–94.

Kitahama, K., Okamura, H., Goldstein, M., Nagatsu, I., Berod, A., and Jouvet, M. (1989). A new group of tyrosine hydroxylase-immunoreactive neurons in the cat thalamus. Brain Res. 478:156–160.

Kosaka, T., Hama, K., and Nagatsu, I. (1987). Tyrosine hydroxylase-immunoreactive intrinsic neurons in the rat cerebral cortex. Exp. Brain Res. 68:393–405.

Letinic, K., Zoncu, R., and Rakic, P. (2002). Origin of GABAergic neurons in the human neocortex. Nature 417:645–649.

Liu, J. K., Ghattas, I., Liu, S., Chen, S., and Rubenstein, J. L. (1997). Dlx genes encode DNA-binding proteins that are expressed in an overlapping and sequential pattern during basal ganglia differentiation. Dev. Dyn. 210:498–512.

Lois, C., and Alvarez-Buylla, A. (1994). Long-distance neuronal migration in the adult mammalian brain. Science 264:1145–1148.

Lois, C., Garcia-Verdugo, J. M., and Alvarez-Buylla, A. (1996). Chain migration of neuronal precursor. Science 271:978–981.

Luskin, M. B. (1993). Restricted proliferation and migration of postnatally generated neurons derived from the forebrain subventricular zone. Neuron 11:173–189.

Luskin, M. B., Zigova, T., Soteres, B. J., and Stewart, R. R. (1997). Neuronal progenitor cells derived from the anterior subventricular zone of the neonatal rat forebrain continue to proliferate in vitro and express a neuronal phenotype. Mol. Cell. Neurosci. 8:351–366.

Mahalik, T. J., Stromberg, I., Finger, T. E., and Olson, L. (1989). Abnormal expression of tyrosine hydroxylase-like immunoreactivity in intraocular transplants of rat caudate nucleus. Neurosci. Lett. 96:253–258.

Marin, O., Anderson, S. A., and Rubenstein, J. L. (2000). Origin and molecular specification of striatal interneurons. J. Neurosci. 20:6063–6076.

Marin, O., and Rubenstein, J. L. (2001). A long, remarkable journey: Tangential migration in the telencephalon. Nat. Rev. Neurosci. 2:780–790.

Marin, O., Yaron, A., Bagri, A., Tessier-Lavigne, M., and Rubenstein, J. L. (2001). Sorting of striatal and cortical interneurons regulated by semaphorin-neuropilin interactions. Science 293:872–875.

Matsushita, N., Okada, H., Yasoshima, Y., Takahashi, K., Kiuchi, K., and Kobayashi, K. (2002). Dynamics of tyrosine hydroxylase promoter activity during midbrain dopaminergic neuron development. J. Neurochem. 82:295–304.

Min, N., Joh, T. H., Corp, E. S., Baker, H., Cubells, J. F., and Son, J. H. (1996). A transgenic mouse model to study transsynaptic regulation of tyrosine hydroxylase gene expression. J. Neurochem. 67:11–18.

Park, J. K., Joh, T. H., and Ebner, F. F. (1986). Tyrosine hydroxylase is expressed by neocortical neurons after transplantation. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 83:7495–7498.

Parnavelas, J. G. (2000). The origin and migration of cortical neurones: New vistas. Trends Neurosci. 23:126–131.

Peretto, P., Merighi, A., Fasolo, A., and Bonfanti, L. (1999). The subependymal layer in rodents: A site of structural plasticity and cell migration in the adult mammalian brain. Brain Res. Bull. 49:221–243.

Qiu, M., Bulfone, A., Martinez, S., Meneses, J. J., Shimamura, K., Pedersen, R. A., and Rubenstein, J. L. (1995). Null mutation of Dlx-2 results in abnormal morphogenesis of proximal first and second branchial arch derivatives and abnormal differentiation in the forebrain. Genes Dev. 9:2523–2538.

Satoh, J., and Suzuki, K. (1990). Tyrosine hydroxylase-immunoreactive neurons in the mouse cerebral cortex during the postnatal period. Brain Res. Dev. Brain Res. 53:1–5.

Sawamoto, K., Nakao, N., Kobayashi, K., Matsushita, N., Takahashi, H., Kakishita, K., Yamamoto, A., Yoshizaki, T., Terashima, T., Murakami, F., Itakura, T., and Okano, H. (2001). Visualization, direct isolation, and transplantation of midbrain dopaminergic neurons. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98:6423–6428.

Stone, D. M., Grillo, M., Margolis, F. L., Joh, T. H., and Baker, H. (1991). Differential effect of functional olfactory bulb deafferentation on tyrosine hydroxylase and glutamic acid decarboxylase messenger RNA levels in rodent juxtaglomerular neurons. J. Comp. Neurol. 311:223–233.

Stuhmer, T., Anderson, S. A., Ekker, M., and Rubenstein, J. L. (2002a). Ectopic expression of the Dlx genes induces glutamic acid decarboxylase and Dlx expression. Development 129:245–252.

Stuhmer, T., Puelles, L., Ekker, M., and Rubenstein, J. L. (2002b). Expression from a Dlx gene enhancer marks adult mouse cortical GABAergic neurons. Cereb. Cortex 12:75–85.

Stull, N. D., Jung, J. W., and Iacovitti, L. (2001). Induction of a dopaminergic phenotype in cultured striatal neurons by bone morphogenetic proteins. Brain Res. Dev. Brain Res. 130:91–98.

Sussel, L., Marin, O., Kimura, S., and Rubenstein, J. L. (1999). Loss of Nkx2.1 homeobox gene function results in a ventral to dorsal molecular respecification within the basal telencephalon: Evidence for a transformation of the pallidum into the striatum. Development 126:3359–3370.

Tashiro, Y., Sugimoto, T., Hattori, T., Uemura, Y., Nagatsu, I., Kikuchi, H., and Mizuno, N. (1989). Tyrosine hydroxylase-like immunoreactive neurons in the striatum of the rat. Neurosci. Lett. 97:6–10.

Torres, E. M., Rogers, D. C., Annett, L. E., Sirinathsinghji, D. J., and Dunnett, S. B. (1993). A novel population of tyrosine hydroxylase immunoreactive neurones in the basal forebrain of the common marmoset (Callithrix jacchus). Neurosci. Lett. 150:29–32.

Vadasz, C., Baker, H., Fink, S. J., and Reis, D. J. (1985). Genetic effects and sexual dimorphism in tyrosine hydroxylase activity in two mouse strains and their reciprocal F1 hybrids. J. Neurogenet. 2:219–230.

Vadasz, C., Baker, H., Joh, T. H., Lajtha, A., and Reis, D. J. (1982). The inheritance and genetic correlation of tyrosine hydroxylase activities in the substantia nigra and corpus striatum in the C × B recombinant inbred mouse strains. Brain Res. 234:1–9.

Verney, C., Gaspar, P., Febvret, A., and Berger, B. (1988). Transient tyrosine hydroxylase-like immunoreactive neurons contain somatostatin and substance P in the developing amygdala and bed nucleus of the stria terminalis of the rat. Brain Res. 470:45–58.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Springer Science and Business Media LLC

Thông tin tác giả