Einfluss von Sox-Proteinen auf transkriptionelle Elongation und Homöostase in Säuger-Gliazellen

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2016-03-07
Issue Year
2015
Authors
Arter, Juliane
Editor
Abstract

Summary

Development of myelin forming glial cells of the central and peripheral nervous systems in vertebrates is controlled by a network of transcription factors. In this network several Sox proteins, for example Sox2 and Sox10, play essential roles and are known to influence initiation of transcription. In this thesis, it could be shown for the first time using luciferase assays that Sox2 and Sox10 also stimulate transcriptional elongation. Both Sox proteins recruit the positive transcription elongation factor b (P-TEFb) to paused RNA polymerase II to activate the transition into productive elongation. This regulation of Sox-mediated gene expression during elongation was established for the myelin genes Mpz, connexin-32 and Mbp in Schwann cells. Interaction studies indicate that the physical recruitment of P-TEFb is mediated by the C-terminal transactivation domain of the Sox proteins and by different central regions of the Cyclin T1 subunit of P-TEFb. The function of Sox10 during development and terminal differentiation as well as during initiation of myelination of oligodendroglial cells has been described in detail. However, the role of Sox10 in myelin maintenance has not been analysed before. Therefore, the effect of a postnatal Sox10 deletion in mature myelin producing oligodendrocytes of the CNS was studied in this thesis. The analysis of corresponding mutant mice showed no obvious impairement of motor function and behavior. In addition, number and distribution of oligodendroglial cells and myelin gene transcripts in the spinal cord was unaffected. In contrast, Sox8/Sox10 double deficient mutants exhibited strong motor disturbances which led to an early death at the age of two month. This phenotype is caused by a myelination defect concomitant with a strong reduction in the expression of the oligodendroglial transcription factor Myrf and the myelin genes Mbp and Plp. The results of this analysis allow the conclusion that in mature oligodendrocytes Sox8 and Sox10 act in a redundant manner and are jointly responsible for myelin maintenance. To confirm this hypothesis a new mouse model was generated during this thesis where normal Sox10 was replaced by a putative dominant Sox10 mutant. In human patients this mutation leads to central dysmyelination.

Abstract

Zusammenfassung

Die Entwicklung der Myelin-bildenden Gliazellen des zentralen (ZNS) und peripheren Nervensystems (PNS) in Vertebraten wird durch ein Netzwerk an Transkriptionsfaktoren gesteuert, in dem verschiedene Sox-Proteine wie Sox10 und Sox2 essentielle Funktionen besitzen. Während bekannt ist, dass Sox-Proteine dabei die Initiationsphase der Transkription beeinflussen, wurde in dieser Arbeit erstmalig über Luziferase-Aktivitätstests gezeigt, dass Sox2 und Sox10 auch die Phase der transkriptionellen Elongation stimulieren. Sie rekrutieren den positiven Transkriptions-Elongationsfaktor b (P-TEFb) zur pausierenden RNA-Polymerase II und begünstigen eine Wiederaufnahme der Transkription. Eine solche Regulation der Sox-vermittelten Genexpression auf Ebene der Elongation wurde beispielhaft für die Myelingene Mpz, Connexin-32 und Mbp in Schwann-Zellen nachgewiesen. Interaktionsstudien ergaben, dass die physikalische Rekrutierung von P-TEFb über die Transaktivierungsdomäne der beiden Sox-Proteine erfolgt und auf Seiten von P-TEFb unterschiedliche, zentral gelegene Bereiche der Cyclin T1-Einheit erfordert. Ausführlich analysiert sind die Aufgaben von Sox10 während der Entwicklung, terminalen Differenzierung von oligodendroglialen Zellen und der damit einhergehenden Initiation der Myelinisierung. Dagegen ist der Einfluss von Sox10 auf den Erhalt des Myelins bisher ungeklärt. Aus diesem Grund wurden in dieser Arbeit die Auswirkungen einer postnatalen Sox10-Deletion in reifen, Myelin-bildenden Oligodendrozyten des ZNS der Maus untersucht. Die Analyse der Mausmutante ergab keine Veränderungen der Motorik und des Verhaltens. Auch Zahl und Verteilung von oligodendroglialen Zellen und Myelingen-Transkripten im Rückenmark waren unverändert. Sox8/Sox10-doppelt-defiziente Mutanten hingegen zeigten starke motorische Einschränkungen bis zu ihrem verfrühten Tod im Alter von zwei Monaten. Die Ursache lag in einem Myelinisierungsdefekt begründet, der mit einer starken Reduktion der Expression des oligodendroglialen Transkriptionsfaktors Myrf und der Myelingene Mbp und Plp einhergeht. Die Ergebnisse dieser Analyse lassen den Schluss zu, dass in ausgereiften Oligodendrozyten Sox8 und Sox10 redundant agieren und gemeinsam für den Erhalt des Myelins verantwortlich sind. Diese Hypothese könnte an einem in dieser Arbeit erzeugten Mausmodell weiter bestätigt werden, in dem das normale Sox10 durch eine möglicherweise dominant wirkende Sox10-Mutante ersetzt wurde, die im Menschen zentralnervöse Dysmyelinisierung auslöst.

DOI
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