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Zelluläre und molekulare Regulationsmechanismen des Melatonins in der Pars tuberalis (PT) und im Gehirn von Mäusen

Unfried, Claudia :
Zelluläre und molekulare Regulationsmechanismen des Melatonins in der Pars tuberalis (PT) und im Gehirn von Mäusen.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2008)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Zelluläre und molekulare Regulationsmechanismen des Melatonins in der Pars tuberalis (PT) und im Gehirn von Mäusen
Language: German
Abstract:

Das ausschließlich bei Nacht synthetisierte und freigesetzte Melatonin übt als das zentrale Hormon der Dunkelheit eine wichtige Funktion innerhalb des circadianen Systems der Säugetiere aus. Darüber hinaus stellt Melatonin das wichtigste Signal bei saisonalen Prozessen dar. Die Übermittlung photoperiodischer Beleuchtungsverhältnisse erfolgt hauptsächlich über den spezifischen Melatoninrezeptor1a (MT1) in der hypophysären Pars tuberalis (PT). Bislang ist der Einfluss des Melatonins auf die Genexpression in der PT nur unzureichend untersucht. Daher wurde in dieser Arbeit zunächst eine vergleichende Mikroarray-Analyse der Genexpression in PT-Zellen von MT1-defizienten und dazugehörigen Wildtyp-Mäusen zu je einem Tag- und einem Nachtzeitpunkt durchgeführt. Insgesamt wurden zwölf potentiell Melatonin-abhängige Gene identifiziert, die mit Hilfe der in situ-Hybridisierung weiter charakterisiert wurden. Period1-Protein defiziente-Mäuse wurden in die weiteren Untersuchungen einbezogen, um zusätzlich den Einfluss des molekularen Uhrwerks auf die Genexpression in der PT zu untersuchen. Um den akuten Einfluss des Melatonins zu überprüfen, wurden Wildtyp-Mäuse am Tag mit Melatonin behandelt. Es zeigte sich, dass Melatonin in der PT der Maus nicht nur die Expression des gut charakterisierten Uhrengens Cryptochrom1 (Cry1) sondern auch des Thyroidea-Hormonrezeptor (Tshr) -Gens akut aktiviert, während es die Expression des Timout (Tim) -Gens und der beta-Untereinheit des Thyroidea-stimulierenden Hormons (Tshb) sowie des luteinisiernden Hormons (Lhb) akut inhibiert. Gleichzeitig wird die Expression von Tshb und Lhb durch den negativen Regulatorkomplex (bestehend aus Period- und Cryptochrom-Proteinen) und somit durch das molekulare Uhrwerk gehemmt. Die Ergebnisse deuten außerdem auf einen Langzeiteffekt des Melatonins auf die Expression des Albumin D-Element bindendem Protein (Dbp), des Neurodifferentiation (Neurod1), des neuronalen PAS Protein4 (Npas4) und des Riken 7530404M11 -Gens hin. Ein Tag/Nacht Unterschied in der Genexpression der beta-Untereinheit des follikel-stimulierenden Hormons (Fshb) wurde beobachtet, dieser wird jedoch nicht durch Melatonin oder das molekulare Uhrwerk beeinflusst. Untersuchungen der Genexpression in anderen Hirnarealen zeigten, dass Melatonin im Nucleus arcuatus die Expression des Proopiomelanocortin1 (Pomc1) -Gens akut aktiviert, aber anscheinend nur eine indirekte Wirkung auf die Expression des Östrogenrezeptors-alpha (Esr1) -Gens ausübt. Darüber hinaus zeigen die Daten einen Langzeiteffekt des Melatonins auf die Dbp-Expression in der Ependymschicht des III. Ventrikels sowie in den Nuclei habenulares und im Gyrus dentatus des Hippocampus. Über einen ähnlichen Langzeiteffekt könnte Melatonin auch die Npas4-Expression in der Cornus ammonis1 und 3 (CA1 und CA3) Region des Hippocampus beeinflussen. Im Gegensatz dazu ist der Tag/Nacht Unterschied der Dbp-Expression in den Kernregionen der CA1 und CA3 des Hippocampus unabhängig von Melatonin oder dem molekularen Uhrwerk. Die Befunde belegen, dass die PT der Maus ein gut geeignetes Modellsystem zum Studium der Melatoninwirkung auf die Genexpresion darstellt. Es zeigte sich, dass Melatonin nicht nur das molekulare Uhrwerk sondern auch direkt endokrine Prozesse in der PT beeinflusst. Die in der Arbeit dargestellte Steuerung der Genexpression durch Melatonin in der PT und in verschiedenen anderen Hirnarealen untermauert die Bedeutung dieses Hormons im circadianen System. Ferner zeigen die Daten, dass Melatonin einen differentiellen Einfluss auf die Genexpression hat und sorgen dadurch für ein besseres Verständnis der komplexen Wirkungsweise des Hormons im neuronalen und neuroendokrinen System.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The rhythmic synthesis of the hormone melatonin plays a major role in the circadian system of mammals. Moreover, melatonin is an important signal for seasonal changes in physiology and behavoir. The hypophyseal pars tuberalis (PT) expresses a high density of the melatonin1a receptor (MT1) that is believed to regulate seasonal physiology by decoding the changes in nocturnal melatonin secretion into humoral signals. However, little is known about the influence of melatonin on the genexpression in the PT. Therefore a microarray analysis was performed with PT cells of MT1-deficient mice (MT1-/-) and the corresponding wildtype at mid-subjective day (CT06) and mid-subjective night (CT18). This study revealed twelve melatonin-dependent genes in the PT of mice. The results of the microarray analysis were confirmed by in situ hybridization. Additionally the effect of the molecular clockwork on the expression of melatonin-dependent genes in the PT were analyzed using mice with a targeted disruption of the Period1 (mPER1-/-) gene. Finally, acute effects of melatonin on the gene-expression were determined in wildtype animals. This study showed that melatonin, acting through the MT1 receptor, activates not only the expression of the clock-gene Cryptochrome1 (Cry1), but also the expression of the Thyroid-stimulating hormone receptor (Tshr). In contrast, the expression of Timeout (Tim), luteinizing hormone beta (Lhb) and thyroid-stimulating hormone beta (Tshb) were inhibited by the stimulation of the MT1 receptor. Interestingly, the expression of Tshb and Lhb is inhibited by the negative regulator complex (consisting of PER and CRY proteins) and therefore by the molecular clockwork. Furthermore, the results suggest a longterm effect of melatonin on the genexpression of the albumin D element binding protein (Dbp), neurodifferentiation1 (Neurod1), neuronal PAS protein4 (Npas4) and 7530404M11 Riken. A day/night difference in the expression of the follicle-stimulating hormone beta (Fshb) was observed, which is not affected by melatonin or the molecular clockwork. Analysis of genexpression in other parts of the mouse brain showed, that melatonin activates the expression of proopiomelanocortin1 (Pomc1) in an acute manner in the Nucleus arcuate. In contrast, melatonin had only an indirect effect on the expression of the esrtogenreceptor1 (Esr1). A longterm effect of melatonin on the expression of Dbp was observed in the ependymcell layer of the third ventricle, in the Nuclei habenulares and the Gyrus dentatus of the hippocampus. A simmilar mechanism might be possible for the regulation of the Npas4 expression in the Cornus ammonis1 and 3 region of the hippocampus. In contrast, Dbp expression in the CA1 and CA1 areas of the hippocamus are independent of melatonin or the molecular clockwork. This work showed that the mouse PT is a powerful model to study the effects of melatonin on the genexpression. Melatonin influences not only the molecular clockwork but also directly endocrine pathways. In addition, these data revealed that melatonin can influence the gene-expression directly and indirectly. These results point toward the importance of this hormone in the circardian system of mammals. In conclusion, this work might lead to a better understanding for the neuroendocrine mechanisms underlying melatonin signaling.English
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Divisions: Biology
Date Deposited: 13 Jan 2009 11:41
Last Modified: 07 Dec 2012 11:54
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-12217
Additional Information:

Die externe Dissertation wurde angefertigt in der Emmy Noether Nachwuchsgruppe der Experimentellen Neurobiologie am Institut für Anatomie II der Dr. Senkenbergischen Anatomie an der Goethe Universität Frankfurt am Main.

License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Additional Information:

Die externe Dissertation wurde angefertigt in der Emmy Noether Nachwuchsgruppe der Experimentellen Neurobiologie am Institut für Anatomie II der Dr. Senkenbergischen Anatomie an der Goethe Universität Frankfurt am Main.

Referees: Pfeifer, Prof. Dr. Felicitas and Galuske, Prof. Dr. Ralf and von Gall, PD Dr. Charlotte
Refereed: 25 November 2008
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/1221
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