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Michel, Julia (2016): Identifying the progeny of single neural stem cells in the adult murine forebrain. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät
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Abstract

The process of the production of new neurons is called adult neurogenesis. It occurs in specific regions in the adult mammalian brain. The new neurons are being produced by so called adult neural stem cells (aNSCs). Two niches that harbour these cells are the subgranular zone (SGZ) of the dentate gyrus of the hippocampus and the subependymal zone (SEZ) of the lateral ventricle. aNSCs in the SEZ produce transit-amplifying progenitors (TAPs) which give rise to neuroblasts (NBs) that migrate via the rostral migratory stream (RMS) to the olfactory bulb (OB) where they mature to different interneuron subtypes. The properties of the aNSCs in these regions have been extensively investigated either by in vitro or in vivo population studies. However, little is known about the behaviour of an individual aNSC in the SEZ. In order to overcome this missing knowledge, an analysis method was established in this thesis by using double heterozygous mice for GLASTCreERT2 and R26R-Confetti. This method allows the lineage tracing of aNSCs in the murine brain. By titration of the dose of Tamoxifen that was injected intraperitoneally into these mice, sparse labelling of individual GLAST+ aNSCs was achieved. This method was then used to analyse the behaviour of single aNSCs of the SEZ, as well as their progeny (TAPs, NBs and neurons) over the course of time. These aNSCs are able to produce a large progeny already within 3 and 7 days after induction and show a drive towards neuronal maturation in between 3 and 8 weeks. The amplification step occurs at the level of the progeny. This analysis at the single cell level showed insights into the temporal and spatial profile of aNSCs. Compared to other analyses performed at the population level, the progeny of aNSCs in the SEZ reduces with time. It seems that the continuous neurogenesis is maintained at the population level and therefore reflects a population property. Furthermore, it was found that a single aNSC is capable of producing multiple interneuron subtypes, however the majority of cells produced are the deep granule interneuron subtype.

Abstract

Die Produktion von neuen Neuronen wird als adulte Neurogenese bezeichnet und läuft in spezifischen Regionen des Säugetiergehirns ab. Diese neuen Neurone werden durch sogenannte adulte neurale Stammzellen (aNSZ) produziert. Zwei Nischen, die neurale Stammzellen beherbergen, sind die subgranuläre Zone (SGZ) des Gyrus dentatus des Hippocampus und die subependymale Zone (SEZ) der lateralen Ventrikel. Die aNSZ der SEZ produzieren sogenannte „Transit-amplifying progenitor” Zellen (TAPs). Diese teilen sich und generieren Neuroblasten (NBs), die den rostralen migratorischen Strom (RMS) entlang migrieren und im Bulbus olfactorius (OB) zu unterschiedlichen Subtypen von Neuronen reifen. The Eigenschaften dieser adulten neuralen Stammzellen (aNSZ) sind entweder durch in vitro oder in vivo Studien auf Populationsebene umfangreich untersucht. Jedoch ist das Wissen über die Eigenschaften einer einzelnen aNSZ in der SEZ bisher begrenzt. Um diesem Forschungsbedarf nachzugehen, wurde in dieser Dissertation eine neue Analysemethode entwickelt, die die Verfolgung der Nachkommen einer aNSZ ermöglicht. Mit Hilfe der Titration von geringen Dosen Tamoxifen, die intraperitoneal in heterozygote Mäuse für GLASTCreERT2 und R26R- Confetti injiziert wurden, war es möglich eine spärliche Kennzeichnung von einzelnen GLAST+ aNSZ zu erreichen. Diese erlaubte die Untersuchung der Eigenschaften einer individuellen aNSZ und deren Nachkommen in vivo über einen definierten Zeitraum. Diese Zellen sind in der Lage, bereits im Zeitraum von 3 und 7 Tagen nach der Induktion mit Tamoxifen, eine große Anzahl an Nachkommen zu generieren. Ebenfalls zeigen sie eine starke Dynamik der Produktion von reifen Neuronen. Der Schritt der Amplifikation scheint auf der Ebene der Nachkommen stattzufinden. Diese Analyse auf Einzelzellebene bietet Erkenntnisse über das zeitliche und räumliche Profil einer aNSZ. Verglichen mit Analysen auf Populationsebene, zeigt sich, dass sich die Anzahl der Nachfahren im Verlauf der Zeit reduziert. Aus diesem Grund scheint die kontinuierliche Neurogenese eine Eigenschaft zu sein, die auf Populationsebene entsteht. Ebenfalls zeigten erste Versuche, dass eine einzelne aNSZ in der Lage ist, verschiedene Typen von Neuronen (Neurone der inneren und äußeren Körnerzellschicht und Periglomeruläre Zellen) zu bilden. Der Häufigste Interneuron-Subtyp, der produziert wurde, waren die Neurone der inneren Körnerzellschicht.