Corticosteroidrezeptor-abhängige Expressionsregulation des sekretorischen Zelladhäsionsmoleküls Ependymin im Hinblick auf die Gedächtnisbildung bei Teleostei

Abstract

Ependymine sind sekretorische Zelladhäsionsmoleküle, die den Hauptproteinanteil in der Extrazellulärflüssigkeit im Zentralnervensystem vieler Knochenfische (Teleostei) ausmachen. Sie sind an der Gedächtnisbildung, an der synaptischen Plastizität und an neuronalen Regenerationsprozessen beteiligt. Studien zeigten, dass die Ependymin-Expression auf mRNA-Ebene nach aversiver Verhaltenskonditionierung und anderen Lernereignissen in der inneren Schicht der Endomeninx ansteigt. Anschließend kommt es zur Sekretion und Umverteilung des Proteins im neuralen Parenchym. Demgegenüber führt eine Stressprozedur mit gleichen aber randomisierten Stimuli zu einer verminderten Ependymin-Expression. Infolgedessen wurde die Hypothese aufgestellt, dass Glucocorticoide an der Regulation der Ependymin-Expression beteiligt sind. Zur Untersuchung dieser Regulationsmechanismen wurde in der vorliegenden Arbeit ein Isolierungsverfahren etabliert, um Primärkulturen mit Ependymin-exprimierenden Zellen der Endomeninx von Goldfischen zu kultivieren. Immuncytochemisch wurden in diesen Kulturen vier unterschiedliche Ependymin-exprimierende Zelltypen nachgewiesen, die zur Fibroblasten- bzw. zur Monozyt-Makrophagen-Linie gehören. Weiterhin konnte mittels RT-qPCR und Radioimmunassay aufgezeigt werden, dass die Ependymin-Expression in den Primärkulturen im Zeitverlauf stark abnimmt, während die Ependymin-Immunreaktivität an den Zellen zunimmt. Das deutet auf eine Aggregation von Ependymin-Molekülen an meningealen Zellen, wodurch eine Feedback-Hemmung induziert wird. Um den Einfluss von Glucocorticoiden auf die Ependymin-Expression zu untersuchen, wurden die Primärkulturen mit Cortisol, Corticosteron und einem Glucocorticoidrezeptor-Antagonisten (RU486) behandelt. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass Cortisol die Ependymin-Expression auf mRNA-Ebene Dosis-abhängig in einem invertierten U-förmigen Verlauf reguliert. Vermutlich verursachen moderate Konzentrationen an Cortisol über eine Aktivierung des Mineralcorticoid-Rezeptors eine Transaktivierung der Ependymingene, während sehr hohe Konzentrationen durch zusätzliche Aktivierung des Glucocorticoid-Rezeptors transreprimierend wirken. Da de novo-synthetisierte Ependymin-Moleküle essentiell für die Gedächtniskonsolidierung sind, könnte die Cortisol-vermittelte Regulation deren Expression ein Schlüsselmechanismus zur Integration von Stressreaktionen in die Gedächtnisbildung darstellen. Die Bedeutung von Lernsituationen und neu erlernten Verhaltensweisen werden durch vorherrschende Cortisol-Konzentrationen und der dadurch regulierten Ependymin-Expression vom Nervensystem evaluiert. Dieser Mechanismus führt vorzugsweise zur Konsolidierung von erfolgreichen Vermeidungsstrategien und erlaubt dadurch eine bessere Anpassung an sich ändernden Umweltbedingungen. Ependymins are secretory cell adhesion molecules and the predominant constituents of the cerebrospinal fluid of many teleost fish. They are involved in memory formation, synaptic plasticity and neural regeneration processes. Studies have shown that ependymin-mRNA expression in the endomeninx is induced after learning events, such as active shock-avoidance conditioning, followed by the protein s secretion and redistribution in the neural parenchyma. In contrast, stressed fish treated with the same but randomized stimuli, showed a decreased ependymin-mRNA expression. Hence, the hypothesis was proposed that glucocorticoids are involved in the regulation of ependymin expression. In this study, an isolation and cultivation procedure for ependymin-expressing endomeningeal cells was established to investigate the regulation mechanisms of the protein. Immunocytochemical analyses on these primary cultures demonstrated four ependymin-expressing cell types related to the fibroblast and monocyte-macrophage cell lines, respectively. Furthermore, RT-qPCR and radioimmunoassay studies on primary cultures showed a decreasing ependymin expression in the course of time, whereas ependymin immunoreactivity was increasing, as determined by Immunocytochemistry analyses. This indicates that ependymin molecules aggregate on meningeal cells, presumably inducing a negative feedback on their expression. Moreover, to analyse the influence of glucocorticoids on ependymin expression primary cultures were treated with cortisol, corticosterone and a glucocorticoid receptor antagonist (RU486). The results indicate that cortisol regulates ependymin-mRNA expression in a reverted U-shaped dose-dependent manner. Presumably, moderate cortisol concentrations lead to transactivation of ependymin genes by activation of the mineralocorticoid receptor, whereas the glucocorticoid receptor is additionally activated by high concentrations leading to transrepression of these genes. Since de novo synthesized ependymin molecules are essential for memory consolidation, the regulation of their expression could provide a key mechanism to integrate stress reactions into memory formation. The importance of learning situations and newly acquired behaviors are evaluated from the nervous system by preexisting cortisol concentrations and the subsequent ependymin expression. This mechanism leads preferably to the consolidation of successful avoidance strategies, thereby allowing a better adaptation to changing environmental conditions.