Universität zu Köln

Over expression of insulin receptor substrate 2 in oligodendrocytes

Drake, Jessica Rosina Brigitte (2013) Over expression of insulin receptor substrate 2 in oligodendrocytes. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Myelin development and maturation are fundamental processes which enables rapid and coordinated movement. Several human diseases have been shown to affect myelin itself or myelin development. The most frequent disease involving myelin is multiple sclerosis (MS). Multiple sclerosis is an inflammatory demyelinating disease that attacks the brain, spinal cord and the optic nerves in the CNS. Axonal loss might be the pathological correlate for the irreversible neurological impairment of this disease. The Insulin receptor (InR)/ Insulin-like growth factor 1 (IGFI) receptor signaling cascade is an important player during myelination, as it acts as a survival factor for oligodendrocytes as well as their precursors (OPCs) and stimulates the synthesis of myelin. Animal studies showed that over expression of IGF-I increases myelin content and IGF-1 deletion strongly decreases myelination and the number of OPCs. The insulin receptor substrates (IRS) mediate insulin’s and IGF-I’s intracellular effects. The IRS protein family consist at least of 4 members, IRS-1 to 4. IRS-1 and 2 are expressed throughout the brain. Studies of our group showed that IRS-2 is critical for appropriate initiation of myelination, but not for myelin maturation. However, the influence of increased IRS-2 signaling on myelination is still unknown. Thus, stably IRS-1 or IRS-2 over expressing ONL-93 cells (oligodendrocyte-like cell line) were generated and analysed. Furthermore, mice with inserted floxed-stop-cassette IRS-2 into the Rosa26 locus (IR) were crossed with mice expressing the CNP driven Cre recombinase (CC) to induce an oligodendrocyte specific over expression of IRS-2 (IRCC). The different genotypes were analysed from day 5 up to 20 weeks of age. Interestingly, IRS-1 in OLN-93 cells triggers differentiation of these glial cells leading to increased numbers of cell processes in IRS-1 over expressing cells, increased p27 and CNP expression even in the undifferentiated state. Furthermore, both IRS proteins are capable to induce cnp expression in differentiated OLN-93 cells. In contrast, in vivo experiment using IRCC mice did not reveal any alterations of brain development, myelin protein composition, myelin protein expression, motor coordination or InR/IGF-1R signaling up to 12 weeks. Surprisingly, at 20 weeks of age the CNP abundance in isolated myelin was even reduced in IRCC mice but not in whole brain lysates, suggesting that the subcellular distribution of CNP is regulated via IRS-2 in vivo. Interestingly IRS-protein over expression in ONL93 cells or oligodendrocyte-specific IRS-2 over expression in mice did only cause minor changes of the InR/IGF-1R signaling cascade suggesting that alterations of this signaling cascade gets rapidly compensated. Thus, the present study revealed that i) IRS-1 and IRS-2 induces expression of CNP in OLN-93 cells, ii) IRS-1 triggers OLN-93 cell differentiation, iii) oligodendrocyte specific over expression of IRS-2 does not alter myelin development but influences CNP subcellular distribution after myelin development is completed.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Myelin Entwicklung und Erhalt sind fundamentale Prozesse, welche schnelle und koordinierte Bewegungen ermöglichen. Verschiedene Krankheiten des Menschen sind bekannt dafür, dass sie Myelin oder dessen Entwicklung beeinträchtigen. Die häufigste Krankheit in Bezug auf Myelin ist dabei Multiple Sklerose (MS). MS ist eine entzündliche demyelinisierende Krankheit die, das Gehirn, das Rückenmarkt und den Sehnerv angreift. Verlust der Axone könnte das pathologische Korrelat für die unumkehrbare neurologische Beeinträchtigung bei dieser Erkrankung sein. Die Insulinrezeptor (InR)/ Insulin ähnliche Wachstumsfaktor I (IGFI) Rezeptor Signalkaskade ist ein wichtiger Faktor während der Myelinisierung. Da diese als Überlebensfaktor für Oligodendrozyten und deren Vorläuferzellen (OPCs) gilt und die Synthese von Myelin stimuliert. Tierstudien haben gezeigt, dass eine Überexpression von IGF-I zu einem erhöhten Myelin Anteil führt und eine Deletion zu einer drastischen Verringerung des Myelins und der Anzahl der OPCs. Die Insulin Rezeptor Substrate (IRS) leiten intrazellulär die von Insulin und IGF-I ausgelösten Effekte weiter. Die IRS Proteinfamilie besteht aus mindestens 4 Mitgliedern, IRS-1 bis 4. IRS-1 und 2 wereden im ganzen Gehirn exprimiert. Unsere Gruppe konnte zeigen, dass IRS-2 ein wichtiger Faktor für die richtige Einleitung der Myelinisierung ist. Dennoch ist der Einfluss von erhötem IRS-2 Signal auf die Myelinisierung immer noch unbekannt. Daher wurden stabil transfizierte OLN-93 (eine Oligodendrozyten Zelllinie) Zellen die IRS-1 und IRS-2 überexprimieren generiert und analysiert. Ebenso wurden Mäuse, welche eine in das Rosa26 Gen eingefügte Flox-Stop-Kasette mit IRS-2 (IR) tragen, mit Mäusen gekreuzt, welche die Cre Rekombinase unter der Kontrolle des CNP Promotors (CC) exprimieren. Dies sollte eine oligodendrozyten spezifische Überexpression von IRS-2 (IRCC) gewährleisten. Die verschiedenen Genotypen wurden im Alter von 5 Tagen bis 20 Wochen analysiert. Interessanter Weise löst IRS-1 in den OLN-93 Zellen die Differenzierung dieser Gliazellen aus und führt zu einer Vermehrung von Zellfortsätzen in IRS-1 überexprimierenden Zellen, sowie erhöhte p27 und CNP Proteinexpression im undifferenziertem Zustand. Ferner sind beide IRS Proteine fähig in differenzierten OLN-93 Zellen die CNP Expression zu indizieren. Im Gegensatz, zeigte das in vivo Experiment mit IRCC Mäusen keine erkennbaren Unterschiede in der Entwicklung des Gehirnes, in der Proteinzusammensetzung des Myelins, der Expression der Myelin Proteine, in der Motorkoordination oder in der InR/IGF1R Signalkaskade bis zum Alter von 12 Wochen. Erstaunlicher Weise war die Menge an CNP in Woche 20 in isoliertem Myelin von IRCC Mäusen verringert, dies war aber nicht in Ganzhirnlysaten der Fall. Dies lässt schlussfolgern, dass in vivo die subzelluläre Verteilung von CNP durch IRS-2 reguliert werden könnte. Interessanter Weise führt eine Überexpression von IRS Proteinen in OLN-93 Zellen oder bei der Oligodendrozyten spezifischen IRS-2 Überexpression in Mäusen nur zu kleineren Unterschieden in der InR/ IGF1R Signalksakade. Dies lässt darauf schliessen, das die Veränderungen in der Signalkaskade schnell kompensiert werden. Zusammengefasst zeigte diese Studie, dass i) IRS-1 und IRS-2 die Expression von CNP in OLN-93 Zellen induzieren kann, ii) IRS-2 die Differenzierung in OLN-93 Zellen einleiten kann, iii) die Oligodendrozyten spezifische Überexprimierung von IRS-2 in vivo nicht die Entwicklung des Myelins beeinträchtigt, aber nachdem die Entwicklung des Myelins abgeschlossen ist, die subzelluläre Verteilung von CNP beinflusst.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Drake, Jessica Rosina Brigittedrake.jessica@gmail.com
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-50220
    Subjects: Life sciences
    Medical sciences Medicine
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    "IRS-2" "Insulin receptor substrate" "IGF1R" "Myelination" "Oligodendrocyt"English
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Language: English
    Date: 2013
    Date Type: Publication
    Date of oral exam: 21 January 2013
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 12 Feb 2013 16:08:21
    Referee
    NameAcademic Title
    Brüning, JensProf Dr
    Krone, WilhelmProf Dr
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5022

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