Analyse der Expression und Funktion von Cadherinen während der Entwicklung des ZNS
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Unsere deskriptiven Arbeiten, die wir in dem Projekt über neun Jahre publiziert haben, zeigten, dass Cadherine einen adhäsiven Code für die Entwicklung und funktionelle Differenzierung von Strukturen des Vertebratenhirns darstellen. Frühembryonal ist die Expression von Cadherinen auf bestimmte histogenetische Felder des ZNS beschränkt. Später in der Entwicklung markiert jedes Cadherin spezielle funktionelle Schaltkreise des reifenden Gehirns. Dabei weist jedes Cadherin ein charakteristisches Expressionsmuster auf, das sich von dem Muster anderer Cadherine unterscheidet. Diese grundlegenden Ergebnisse ermöglichen es, eine Brücke zwischen der molekularen Embryologie und der funktionellen Anatomie des Nervensystems zu schlagen. Das Studium der Cadherin-Expression wurde zu einem oft genutzten molekular-anatomischen Instrument bei der Untersuchung der Entwicklung, der Evolution und der Funktion des Nervensystems. Viele der Hypothesen, die wir aufgrund unserer deskriptiven Studien aufstellten, wurden inzwischen experimentell bestätigt, einige auch von uns selbst. In der vergangenen Förderperiode (2003-2007) erreichten wir insbesondere folgende Ziele und gewannen folgende weiterführende Erkenntnisse: • Eine neue Unterfamilie von Protocadherinen, die Ö-Protocadherine, wurde identifiziert und wir konnten zeigen, dass diese Protocadherine - ähnlich wie die klassischen Cadherine-Marker für die funktionelle Differenzierung des Gehirns und die Herausbildung von neuronalen Schaltkreisen sind. • Wir zeigten, dass die Regulation der Expression eines klassischen Cadherins (Cadherin-7) in bekannte Musterbildungsprozesse im Rückenmark des Huhnembryos eingebunden ist. • Mit axonalem Tracing konnten wir direkt experimentell nachweisen, dass die Expression von Cadherinen die funktionelle Organisation eines komplexen Projektionssystems, den cortico-nucleären Verbindungen des Cerebellums, widerspiegelt. • Anhand der Expression von drei Cadherinen zeigten wir im Cerebellum von Maus und Frettchen, dass die Unterschiede in der embryonalen Musterbildung zwischen diesen beiden Spezies nur gering sind und Edingers These zum Wachstum des "Neocerebellums" parallel zur Evolution des Cortex cerebri nicht zutrifft. Ferner legten wir durch paralleles Klonieren von über einem Dutzend Cadherinen in Huhn, Maus und Frettchen die Grundlage dafür, in Vögeln und Säugetieren die Evolution von ausgewählten Regionen des Endhirns zu untersuchen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2003) Cadherin expression coincides with birthdating patterns in patch/matrix compartments of the developing chicken telencephalon. Journal of Comparative Neurology 460:155-166
Heyers, D., Kovjamc, D., und Redies, C.
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(2003) Internal structure of the nucleus rotundus revealed by mapping cadherin expression in the embryonic chicken visual system. Journal of Comparative Neurology 467:536-548
Becker, T., und Redies, C.
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(2004) Cadherins guide Purkinje cells to specific parasagittal domains during cerebellar development. Molecular and Cellular Neuroscience 25:138-152
Luo, J., Treubert-Zimmermann, U., und Redies, C.
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(2004) Molecular profiling indicates that avian branchiomotor nuclei invade the hindbrain alar plate. Neuroscience 725:785-796
Ju, M.J., Aroca, P., Luo, J., Puelles, L., und Redies, C.
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(2004) OL-protocadherin expression in the visual system of the chicken embryo. Journal of Comparative Neurology 470:240-255
Müller, K., Hirano, S., Puelles, L., und Redies, C.
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(2004) Overexpression of genes in Purkinje cells in the embryonic chicken cerebellum by in vivo electroporation. Journal of Neuroscience Methods 139: 241- 245
Luo, J., und Redies, C.
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(2004) Selective synaptic cadherin expression by traced neurons of the chicken visual system. Neuroscience 727:901-912
Heyers, D., Luksch, H., und Redies, C.
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(2005) Delta-protocadherins: unique structures and functions. Cellular and Molecular Life Sciences 25:2840-2851
Redies, C., Vanhalst, K., und van Roy, F.
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(2005) Deltaprotocadherins: a subfamily of cadherins expressed differentially in the mouse nervous system. Cellular and Molecular Life Sciences 62:1247-1259
Vanhalst, K., Kools, P., Staes, K., van Roy, F., und Redies, C.
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(2005) Ex ovo electroporation for gene transfer into older chicken embryos. Developmental Dynamics 255:1470-1477
Luo, J., und Redies, C.
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(2006) Regionalized cadherin-7 expression by radial glia is regulated by Shh and Pax7 during chicken spinal cord development. Neuroscience :1 133-1143
Luo, J., Ju, M.J., und Redies, C.
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(2007) Cadherin expression in the developing chicken cochlea. Developmental Dynamics 256:2331-2337
Luo, J., Wang, H., Lin, J., und Redies, C.
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(2007) Regionalized expression of ADAM13 during chicken embryonic development. Developmental Dynamics 256:862-870
Lin, J., Redies, C., und Luo, J.
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(2008) A cadherin-based code for the divisions of the mouse striatum and pallidum. Journal of Comparative Neurology 508:51 1-528
Hertel, N., Krishna K., Nuernberger, M, und Redies, C.
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(2008) Expression of protocadherin-1 (Pcdhl) during mouse development. Developmental Dynamics
Redies, C., Heyder, J., Kohoutek, T., Staes, K., und van Roy, F.
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(2008) Layer-specific expression of multiple cadherins in the developing visual cortex (VI) of the ferret. Cerebral Cortex
Krishna-K., Nuernberger, M., Weth, F., und Redies, C.
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(2008) Molecular cloning and expression analysis of three cadherin-8 isoforms in the embryonic chicken brain. Brain Research 1201:1-14
Lin, J., Luo, J., und Redies, C.
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(2008) Neural circuits revealed by axon tracing and mapping cadherin expression in the embryonic chicken cerebellum. Journal of Comparative Neurology 509:283-301
Neudert, F., und Redies, C.
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Comparative analysis of cadherin expression patterns and cortico-nuclear projection territories in the cerebellar system of ferret and mouse. Journal of Comparative Neurology
Neudert, F., Krishna-K., Nuernberger, M., und Redies, C.
