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Organotypic Slice Cultures of Embryonic Ventral Midbrain: A System to Study Dopaminergic Neuronal Development <em>in vitro</em>

The  mouse is an excellent model organism to study mammalian brain development due  to the abundance of molecular and genetic data. However, the ...

We have previously shown that mice with a CNS restricted knock-out of the integrin beta1 subunit gene (Itgb1-CNSko mice) have defects in the formation of lamina and folia in the cerebral and cerebellar cortices that are caused by disruption of the cortical marginal zones. Cortical structures in postnatal and adult Itgb1-CNSko animals are also reduced in size, but the mechanism that causes the size defect has remained unclear. We now demonstrate that proliferation of granule cell precursors (GCPs) is severely affected in the developing cerebellum of Itgb1-CNSko mice. In the absence of beta1 expression, GCPs lose contact with laminin in the meningeal basement membrane, cease proliferating, and differentiate prematurely. In vitro studies provide evidence that beta1 integrins act at least in part cell autonomously in GCPs to regulate their proliferation. Previous studies have shown that sonic hedgehog (Shh)-induced GCP proliferation is potentiated by the integrin ligand laminin. We show that Shh directly binds to laminin and that laminin-Shh induced cell proliferation is dependent on beta1 integrin expression in GCPs. Taken together, these data are consistent with a model in which beta1 integrin expression in GCPs is required to recruit a laminin-Shh complex to the surface of GCPs and to subsequently modulate the activity of signaling pathways that regulate proliferation.

Beta1-integrins are critical for cerebellar granule cell precursor proliferation.

Beta1-Integrine sind entscheidend f&#xFC;r die Kleinhirn-K&#xF6;rnerzellen Vorl&#xE4;ufer Proliferation.

Despite evidence demonstrating the role of beta1-integrin in the regulation of cancer cell proliferation in vitro, the importance of this cell adhesion receptor during the initiation and progression of epithelial tumors in vivo remains unclear. Here we have used the Cre/LoxP1 recombination system to disrupt beta1-integrin function in the mammary epithelium of a transgenic mouse model of human breast cancer. Using this approach, we show that beta1-integrin expression is critical for the initiation of mammary tumorigenesis in vivo, and for maintaining the proliferative capacity of late-stage tumor cells. These observations provide a direct demonstration that beta1-integrin plays a critical role in both the initiation and maintenance of mammary tumor growth in vivo.

Targeted disruption of beta1-integrin in a transgenic mouse model of human breast cancer reveals an essential role in mammary tumor induction.

Gezielte Zerst&#xF6;rung von beta1-Integrin in einem transgenen Mausmodell f&#xFC;r menschlichen Brustkrebs offenbart eine wesentliche Rolle bei Mammatumor Induktion.

The cerebellum consists of a highly organized set of folia that are largely generated postnatally during expansion of the granule cell precursor (GCP) pool. Since the secreted factor sonic hedgehog (Shh) is expressed in Purkinje cells and functions as a GCP mitogen in vitro, it is possible that Shh influences foliation during cerebellum development by regulating the position and/or size of lobes. We studied how Shh and its transcriptional mediators, the Gli proteins, regulate GCP proliferation in vivo, and tested whether they influence foliation. We demonstrate that Shh expression correlates spatially and temporally with foliation. Expression of the Shh target gene Gli1 is also highest in the anterior medial cerebellum, but is restricted to proliferating GCPs and Bergmann glia. By contrast, Gli2 is expressed uniformly in all cells in the developing cerebellum except Purkinje cells and Gli3 is broadly expressed along the anteroposterior axis. Whereas Gli mutants have a normal cerebellum, Gli2 mutants have greatly reduced foliation at birth and a decrease in GCPs. In a complementary study using transgenic mice, we show that overexpressing Shh in the normal domain does not grossly alter the basic foliation pattern, but does lead to prolonged proliferation of GCPs and an increase in the overall size of the cerebellum. Taken together, these studies demonstrate that positive Shh signaling through Gli2 is required to generate a sufficient number of GCPs for proper lobe growth.

Spatial pattern of sonic hedgehog signaling through Gli genes during cerebellum development.

R&#xE4;umliche Muster der Sonic-Hedgehog-Signalgebung durch Gli-Gene w&#xE4;hrend der Entwicklung Kleinhirn.

The brain is a remarkably complex anatomical structure that contains a diverse array of subdivisions, cell types, and synaptic connections. It is equally extraordinary in its physiological properties, as it constantly evaluates and integrates external stimuli as well as controls a complicated internal environment. The brain can be divided into three primary broad regions: the forebrain, midbrain (Mb), and hindbrain (Hb), each of which contain further subdivisions. The regions considered in this chapter are the Mb and most-anterior Hb (Mb/aHb), which are derived from the mesencephalon (mes) and rhombomere 1 (r1), respectively. The dorsal Mb consists of the laminated superior colliculus and the globular inferior colliculus (Fig. 1A and B), which modulate visual and auditory stimuli, respectively. The dorsal component of the aHb is the highly foliated cerebellum (Cb), which is primarily attributed to controlling motor skills (Fig. 1A and B). In contrast, the ventral Mb/aHb (Fig. 1B) consists of distinct clusters of neurons that together comprise a network of nuclei and projections-notably, the Mb dopaminergic and Hb serotonergic and Mb/aHb cholinergic neurons (Fig. 1G and H), which modulate a collection of behaviors, including movement, arousal, feeding, wakefulness, and emotion. Historically, the dorsal Mb and Cb have been studied using the chick as a model system because of the ease of performing both cell labeling and tissue transplants in the embryo in ovo; currently DNA electroporation techniques are also used. More recently the mouse has emerged as a powerful genetic system with numerous advantages to study events underpinning Mb/aHb development. There is a diverse array of spontaneous mutants with both Mb- and Cb-related phenotypes. In addition, numerous gene functions have been enumerated in mouse, gene expression is similar across vertebrates, and powerful genetic tools have been developed. Finally, additional insight into Mb/aHb function has been gained from studies of genetic diseases, such as Parkinson's disease, schizophrenia, cancer, and Dandy Walker syndrome, that afflict the Mb/aHb in humans and have genetic counterparts in mouse. Accordingly, this chapter discusses a spectrum of experiments, including classic embryology, in vitro assays, sophisticated genetic methods, and human diseases. We begin with an overview of Mb and aHb anatomy and physiology and mes/r1 gene expression patterns. We then provide a summary of fate-mapping studies that collectively demonstrate the complex cell behaviors that occur while the Mb and aHb primordia are established during embryogenesis and discuss the integration of both anterior-posterior (A-P) and dorsal-ventral (D-V) patterning. Finally, we describe some aspects of postnatal development and some of the insights gained from human diseases.

Classical embryological studies and modern genetic analysis of midbrain and cerebellum development.

Das Gehirn ist ein bemerkenswert komplexe anatomische Struktur, die eine Vielzahl von Unterteilungen, Zelltypen und synaptische Verbindungen enth&auml;lt. Es ist in physiologisch, ebenso au&szlig;ergew&ouml;hnlich, da es st&auml;ndig wertet und &auml;u&szlig;ere Reize integriert sowie eine komplizierte interne Umwelt steuert. Das Gehirn kann in drei prim&auml;re weite Regionen unterteilt werden: Das Stirnhirn Mittelhirn (Mb) und Hinterhirn (Hb), von denen jedes enthalten weitere Unterteilungen. Die Regionen, die in diesem Kapitel betrachtet sind die Mb und die meisten-anterior Hb (Mb/aHb), die aus dem Zwischenhirn (Mes) und RH2 1 (r1), bzw. abgeleitet werden. Die dorsale Mb besteht aus der laminierte superior Colliculus und die kugelige minderwertigen Colliculus (Abb. 1A und B), die visuelle und auditive Reize, bzw. zu modulieren. Die dorsale Komponente der aHb ist sehr einem Kleinhirn (Cb), die in erster Linie zur&uuml;ckzuf&uuml;hren ist, in die Steuerung der Motorik (Abb. 1A und B). Im Gegensatz dazu umfasst der ventralen Mb/aHb (Abb. 1 b) unterschiedliche Gruppen von Neuronen, die zusammen ein Netzwerk von Kernen und Projektionen-insbesondere bilden die Mb dopaminergen und serotonergen Hb und Mb/aHb cholinergen Neuronen (Abb. 1 und H), die eine Sammlung von Verhaltensweisen, wie Bewegung, Erregung, F&uuml;tterung, Wachheit und Emotion zu modulieren. In der Vergangenheit wurden die dorsalen Mb und Cb untersucht mit das K&uuml;ken als Modellsystem aufgrund der einfachen Durchf&uuml;hrung beider Zelltransplantaten beschriften und Gewebe im Embryo in Ovo; Derzeit werden auch DNA-Elektroporation-Techniken verwendet. Vor kurzem hat die Maus als ein leistungsf&auml;higes genetische System mit vielen Vorteilen Ereignisse untermauert Mb/aHb-Entwicklung zu studieren entstanden. Es gibt eine Vielzahl von spontanen Mutanten, die beiden Mb - und Cb-bezogenen Ph&auml;notypen. Dar&uuml;ber hinaus haben zahlreiche Genfunktionen in Maus aufgez&auml;hlt wurden, Genexpression ist &auml;hnlich in Wirbeltieren und genetische Werkzeuge sind entwickelt worden. Schlie&szlig;lich hat zus&auml;tzlichen Einblick in Mb/aHb-Funktion der Studien &uuml;ber genetische Erkrankungen, wie Morbus Parkinson, Schizophrenie, Krebs und Dandy-Walker-Syndrom, gewonnen werden, die die Mb/aHb beim Menschen heimsuchen und genetische Gegenst&uuml;cke in Maus. Dementsprechend beschreibt dieses Kapitel ein Spektrum der Experimente, einschlie&szlig;lich klassische Embryologie, in-vitro-Tests, anspruchsvolle genetische Methoden und Krankheiten des Menschen. Wir beginnen mit einem &Uuml;berblick &uuml;ber Mb und aHb-Anatomie und Physiologie und Mes/r1 Genausdruck Muster. Wir bieten dann eine Zusammenfassung der Schicksal-Mapping-Studien, die gemeinsam die komplexe Zelle Verhaltensweisen, die auftreten zeigen, w&auml;hrend die Mb und aHb Primordia w&auml;hrend der Embryogenese niedergelassen sind und die Integration von anterior-Posterior (A-P) und dorsal-Ventral (D-V)-Musterung zu diskutieren. Schlie&szlig;lich beschreiben wir einige Aspekte der postnatalen Entwicklung und einige der Erkenntnisse von menschlichen Krankheiten gewonnen.

Klassische embryologische Studien und moderne genetische Analyse der Entwicklung von Mittelhirn und Kleinhirn.

Foliation of the mouse cerebellum occurs primarily during the first 2 weeks after birth and is accompanied by tremendous proliferation of granule cell precursors (GCPs). We have previously shown that sonic hedgehog (Shh) signaling correlates spatially and temporally with fissure formation, and that Gli2 is the main activator driving Shh induced proliferation of embryonic GCPs. Here, we have tested whether the level of Shh signaling regulates the extent of cerebellar foliation. By progressively lowering signaling by removing Gli1 and Gli2 or the Shh receptor smoothened, we found the extent of foliation is gradually reduced, and that this correlates with a decrease in the duration of GCP proliferation. Importantly, the pattern of the remaining fissures in the mutants corresponds to the first fissures that form during normal development. In a complementary manner, an increase in the level and length of Shh signaling results in formation of an extra fissure in a position conserved in rat. The complexity of cerebellar foliation varies greatly between vertebrate species. Our studies have uncovered a mechanism by which the level and length of Shh signaling could be integral to determining the distinct number of fissures in each species.

The level of sonic hedgehog signaling regulates the complexity of cerebellar foliation.

Folierung des Kleinhirns Maus tritt vor allem w&auml;hrend der ersten 2 Wochen nach der Geburt und wird begleitet durch die enorme Verbreitung von Untermodul Zelle Vorl&auml;ufer (GCPs). Wir haben bereits gezeigt, dass sonic Hedgehog (Shh) Signalisierung zeitlich und r&auml;umlich mit Fissur Bildung korreliert und Gli2 ist der wichtigste Aktivator fahren Shh Proliferation von embryonalen GCPs induzierte. Hier haben wir getestet, ob das Niveau der Shh signalisieren das Ausma&szlig; der zerebell&auml;re Schieferung regelt. Durch die schrittweise Absenkung Signalisierung durch Entfernen von Gli1 und Gli2 oder die Shh Rezeptor gegl&auml;ttet, fanden wir das Ausma&szlig; der Schieferung allm&auml;hlich verringert worden ist, und dass dies mit einem R&uuml;ckgang der Dauer der GCP-Verbreitung korreliert. Wichtig ist, entspricht das Muster der die &uuml;brigen Risse die Mutanten die ersten Risse, die w&auml;hrend der normalen Entwicklung zu bilden. In komplement&auml;rer Weise, eine Zunahme der H&ouml;he und L&auml;nge der Shh Signalling Ergebnisse in eine zus&auml;tzliche Spalte in der Lage, die konserviert in Ratte-Formation. Die Komplexit&auml;t der zerebell&auml;re Schieferung variiert erheblich zwischen Wirbeltierarten. Unsere Studien haben einen Mechanismus entdeckt, durch den H&ouml;he und L&auml;nge der Shh Signalisierung wesentlich f&uuml;r die Bestimmung der unterschiedlichen Anzahl von Fissuren in jeder Art sein k&ouml;nnte.

Das Niveau der Signalisierung von sonic Hedgehog regelt die Komplexit&auml;t der zerebell&auml;re Schieferung.

The midbrain and anterior hindbrain offer an ideal system in which to study the coordination of tissue growth and patterning in three dimensions. Two organizers that control anteroposterior (AP) and dorsoventral (DV) development are known, and the regulation of AP patterning by Fgf8 has been studied in detail. Much less is known about the mechanisms that control mid/hindbrain development along the DV axis. Using a conditional mutagenesis approach, we have determined how the ventrally expressed morphogen sonic hedgehog (Shh) directs mid/hindbrain development over time and space through positive regulation of the Gli activators (GliA) and inhibition of the Gli3 repressor (Gli3R). We have discovered that Gli2A-mediated Shh signaling sequentially induces ventral neurons along the medial to lateral axis, and only before midgestation. Unlike in the spinal cord, Shh signaling plays a major role in patterning of dorsal structures (tectum and cerebellum). This function of Shh signaling involves inhibition of Gli3R and continues after midgestation. Gli3R levels also regulate overall growth of the mid/hindbrain region, and this largely involves the suppression of cell death. Furthermore, inhibition of Gli3R by Shh signaling is required to sustain expression of the AP organizer gene Fgf8. Thus, the precise spatial and temporal regulation of Gli2A and Gli3R by Shh is instrumental in coordinating mid/hindbrain development in three dimensions.

Sonic hedgehog regulates Gli activator and repressor functions with spatial and temporal precision in the mid/hindbrain region.

Das Mittelhirn und anterior Hinterhirn bieten ein ideales System, um die Koordinierung der Gewebewachstum untersuchen und Musterung in drei Dimensionen. Zwei Organisatoren, die anteroposterioren (AP) und dorsoventral (DV) Entwicklung Steuern sind bekannt, und die Regulierung der AP Musterung von Fgf8 ausf&uuml;hrlich untersucht worden. Viel weniger &uuml;ber die Mechanismen bekannt ist dieses Steuerelement Mitte / Hinterhirn Entwicklung entlang der DV-Achse. Mit einem bedingten Mutagenese-Ansatz, haben wir festgestellt, wie die ventral exprimierten Morphogen sonic Hedgehog (Shh) leitet Mitte / Hinterhirn Entwicklung &uuml;ber Zeit und Raum durch positive Regulierung der Gli-Aktivatoren (GliA) und Hemmung der der Gli3-Hemmer (Gli3R). Wir haben entdeckt, dass Gli2A-vermittelte Shh Signalisierung sequenziell ventrale Neuronen entlang der Medial laterale Achse und nur vor Midgestation induziert. Anders als im R&uuml;ckenmark Rolle Shh signalisieren eine gro&szlig;e in der Musterung der dorsalen Strukturen (Tectum und Kleinhirn). Diese Funktion der Shh Signalisierung umfasst Hemmung der Gli3R und weiter nach Midgestation. Gli3R Stufen regulieren auch Gesamtwachstum von der Mitte / Hinterhirn Region, und dies umfasst weitgehend die Unterdr&uuml;ckung der Zelltod. Dar&uuml;ber hinaus ist Hemmung der Gli3R durch das Shh signalisieren ben&ouml;tigt, um die Expression der AP-Veranstalter-Gens Fgf8 aufrecht zu erhalten. Also die genaue r&auml;umliche und zeitliche Regulierung der Gli2A und Gli3R von Shh instrumental bei der Koordinierung der Mitte / Hinterhirn Entwicklung in drei Dimensionen.

Sonic Hedgehog regelt Gli-Aktivator und Hemmer-Funktionen mit r&auml;umlichen und zeitlichen Pr&auml;zision in der Mitte / Hinterhirn Gebiet.

The coordination of anterior-posterior (AP) and dorsal-ventral (DV) patterning of the mesencephalon (mes) and rhombomere 1 (r1) is instrumental for the development of three distinct brain structures: the tectum and cerebellum dorsally and the tegmentum ventrally. Patterning of the mes/r1 is primarily mediated by signaling molecules secreted from two organizers: sonic hedgehog (Shh) from the floor plate (DV) and Fgf8 from the isthmus (AP). Gli3, a zinc-finger transcription factor in the Shh signaling pathway, has been implicated in regulating Fgf8 expression and is therefore a potential candidate for coordinating the action of the two organizers. By inactivating mouse Gli3 at successive embryonic time points in vivo, we uncovered the extent and the underlying mechanism of Gli3 function in the mes/r1. We demonstrate that before E9.0, Gli3 is required for establishing a distinct posterior tectum, isthmus and cerebellum, but does not play a role in the development of the tegmentum. Between E9.0 and E11.0, Gli3 continues to be required for isthmus and cerebellum development, but primarily for defining the cerebellar foliation pattern. We show that Gli3 regulates patterning of the isthmus and cerebellar anlage by confining Fgf8 expression to the isthmus, and attenuates growth of dorsal r1 (before E11.0) and the dorsal mes and isthmus (beyond E11.0) through regulation of cell proliferation and viability. In conclusion, our results show that Gli3 is essential for the coordinated three-dimensional patterning and growth of the dorsal mes/r1.

Gli3 coordinates three-dimensional patterning and growth of the tectum and cerebellum by integrating Shh and Fgf8 signaling.

Die Koordinierung der anterior-Posterior (AP) und dorsal-Ventral (DV) Musterung des Zwischenhirn (Mes) und RH2 1 (r1) ist ma&szlig;geblich f&uuml;r die Entwicklung von drei verschiedenen Gehirn-Strukturen: die Tectum und Kleinhirn dorsal und das Tegmentum ventral. Musterung der Mes/r1 ist in erster Linie durch das signalisieren der Molek&uuml;le, die zwei Organisatoren abgesondert vermittelt: sonic Hedgehog (Shh) von der Bodenplatte (DV) und Fgf8 aus den Isthmus (AP). GLI3, eine Zinkfinger Transkription Faktor in der Shh-Signalweg, hat verwickelt wurden, bei der Regulierung von Fgf8 Ausdruck und ist daher ein m&ouml;glicher Kandidat f&uuml;r die Koordinierung der Aktion der beiden Organisatoren. Von inaktivierende Maus Gli3 zu aufeinander folgenden embryonalen Zeitpunkten in-vivo entdeckten wir das Ausma&szlig; und der zugrunde liegende Mechanismus Gli3-Funktion in die Mes/r1. Wir zeigen, dass vor E9.0, Gli3 erforderlich ist f&uuml;r die Schaffung eines eindeutigen posterior Tectum, Landenge und Kleinhirn, aber keine Rolle in der Entwicklung der Tegmentum spielt. Zwischen E9.0 und 11,0 weiterhin Gli3 f&uuml;r Isthmus und Kleinhirn-Entwicklung, sondern vor allem f&uuml;r die Definition des Kleinhirn Schieferung Musters erforderlich. Wir zeigen, dass Gli3 reguliert die Musterung der Landenge und zerebell&auml;re Anlage von Fgf8 Ausdruck an der Landenge zu beschr&auml;nken, und Wachstum der dorsalen r1 (vor 11,0) und der dorsalen Mes und Landenge (au&szlig;er 11,0) durch Verordnung der Zellproliferation und Lebensf&auml;higkeit d&auml;mpft. Abschlie&szlig;end zeigen unsere Ergebnisse, dass Gli3 wesentlich f&uuml;r die koordinierte dreidimensionaler Musterung und Wachstum der dorsalen Mes/r1.

GLI3 koordiniert dreidimensionaler Musterung und Wachstum der Tectum und Kleinhirn durch die Integration von Shh und Fgf8 signalisieren.

Midbrain dopaminergic axons project from the substantia nigra (SN) and the ventral tegmental area (VTA) to rostral target tissues, including the striatum, pallidum, and hypothalamus. The axons from the medially located VTA project primarily to more medial target tissues in the forebrain, whereas the more lateral SN axons project to lateral targets including the dorsolateral striatum. This structural diversity underlies the distinct functions of these pathways. Although a number of guidance cues have been implicated in the formation of the distinct axonal projections of the SN and VTA, the molecular basis of their diversity remains unclear. Here we investigate the molecular basis of structural diversity in mDN axonal projections. We find that Sonic Hedgehog (Shh) is expressed at a choice point in the course of the rostral dopaminergic projections. Furthermore, in midbrain explants, dopaminergic projections are attracted to a Shh source. Finally, in mice in which Shh signaling is inactivated during late neuronal development, the most medial dopaminergic projections are deficient. In addition to the role of Shh in the induction of mDN precursors, Shh plays an important role in dopaminergic axon pathfinding to rostral target tissues. Furthermore, Shh signaling is involved in determining the structural diversity of these dopaminergic projections.

Sonic hedgehog is a chemoattractant for midbrain dopaminergic axons.

Mittelhirn dopaminergen Axone projizieren von der Substantia Nigra (SN) und den ventralen Haubengebiet (VTA) zu K&ouml;rperabschnitt Zielgeweben, einschlie&szlig;lich des Striatum und Pallidum Hypothalamus. Die Axone aus der medial befindet sich VTA-Projekt in erster Linie um weitere mediale Zielgeweben in das Stirnhirn, w&auml;hrend die mehr seitliche SN-Axone als seitliche Ziele einschlie&szlig;lich der dorsolateralen Striatum project. Diese strukturelle Vielfalt zugrunde liegt, die unterschiedlichen Funktionen der diese Pfade. Obwohl eine Reihe von Leitlinien-Signale in die Bildung der unterschiedlichen axonalen Projektionen der SN und VTA verwickelt haben, bleibt die molekulare Grundlage der Vielfalt ihrer unklar. Hier untersuchen wir die molekulare Basis der strukturellen Vielfalt in mDN axonale Projektionen. Wir finden, dass Sonic Hedgehog (Shh) an einem Punkt der Wahl im Zuge der K&ouml;rperabschnitt dopaminergen Projektionen ausgedr&uuml;ckt wird. Dar&uuml;ber hinaus werden im Mittelhirn Explantaten, dopaminergen Projektionen zu einer Quelle von Shh angezogen. Schlie&szlig;lich sind die meisten medialen dopaminergen Projektionen bei M&auml;usen in welche, die SHH Signalisierung w&auml;hrend der sp&auml;ten neuronale Entwicklung inaktiviert ist mangelhaft. Neben der Rolle der Shh in die Induktion von mDN-Vorstufen Rolle Shh eine wichtige in dopaminergen Axon Pathfinding zu K&ouml;rperabschnitt Zielgewebe durch. Dar&uuml;ber hinaus ist die Shh Signalisierung bei der Ermittlung der strukturellen Vielfalt dieser dopaminergen Projektionen beteiligt.

Sonic Hedgehog ist eine Chemoattractant f&uuml;r Mittelhirn dopaminergen Axone.

The ventral midbrain contains a diverse array of neurons, including dopaminergic neurons of the ventral tegmental area (VTA) and substantia nigra (SN) and neurons of the red nucleus (RN). Dopaminergic and RN neurons have been shown to arise from ventral mesencephalic precursors that express Sonic Hedgehog (Shh). However, Shh expression, which is initially confined to the mesencephalic ventral midline, expands laterally and is then downregulated in the ventral midline. In contrast, expression of the Hedgehog target gene Gli1 initiates in the ventral midline prior to Shh expression, but after the onset of Shh expression it is expressed in precursors lateral to Shh-positive cells. Given these dynamic gene expression patterns, Shh and Gli1 expression could delineate different progenitor populations at distinct embryonic time points.

Temporal-spatial changes in Sonic Hedgehog expression and signaling reveal different potentials of ventral mesencephalic progenitors to populate distinct ventral midbrain nuclei.

Die ventralen Mittelhirn enth&auml;lt eine Vielzahl von Neuronen, einschlie&szlig;lich dopaminergen Neuronen der Substantia Nigra (SN) und ventralen Haubengebiet (VTA) und Neuronen des roten Kerns (RN). Dopaminergen und RN Neuronen haben nachweislich aus ventralen Aquaeductus Vorstufen entstehen, die Sonic Hedgehog (Shh) Ausdr&uuml;cken. Jedoch Shh-Ausdruck, der urspr&uuml;nglich auf der Aquaeductus ventralen Mittellinie begrenzt ist, seitlich erweitert und ist dann Downregulated in der ventralen Mittellinie. Im Gegensatz dazu Expression des Gens Hedgehog Ziel Gli1 initiiert in der ventralen Mittellinie vor Shh Ausdruck, aber nach Beginn der Shh Ausdruck in den Vorstufen seitliche zu Shh-positiven Zellen ausgedr&uuml;ckt wird. Angesichts dieser dynamischen Genausdruck Muster, konnte Shh und Gli1 Ausdruck verschiedene Vorl&auml;uferzellen Populationen an unterschiedliche embryonalen Zeitpunkten voneinander abzugrenzen.

Zeitliche und r&auml;umliche Ver&auml;nderungen in Sonic Hedgehog Ausdruck und Signalisierung zeigen unterschiedliche Potenziale der ventralen Aquaeductus Vorl&auml;uferzellen deutliche ventrale Mittelhirn Kerne zu f&uuml;llen.

ABSTRACT: BACKGROUND: The hypothalamus is a brain region with essential functions for homeostasis and energy metabolism, and alterations of its development can contribute to pathological conditions in the adult, like hypertension, diabetes or obesity. However, due to the anatomical complexity of the hypothalamus, its development is not well understood. Sonic hedgehog (Shh) is a key developmental regulator gene expressed in a dynamic pattern in hypothalamic progenitor cells. To obtain insight into hypothalamic organization, we used genetic inducible fate mapping (GIFM) to map the lineages derived from Shh-expressing progenitor domains onto the four rostrocaudally arranged hypothalamic regions: preoptic, anterior, tuberal and mammillary. RESULTS: Shh-expressing progenitors labeled at an early stage (before E9.5) contribute neurons and astrocytes to a large caudal area including the mammillary and posterior tuberal regions as well as tanycytes (specialized median eminence glia). Progenitors labeled at later stages (after E9.5) give rise to neurons and astrocytes of the entire tuberal region and in particular the ventromedial nucleus, but not to cells in the mammillary region and median eminence. At this stage, an additional Shh-expressing domain appears in the preoptic area and contributes mostly astrocytes to the hypothalamus. Shh-expressing progenitors do not contribute to the anterior region at any stage. Finally, we show a gradual shift from neurogenesis to gliogenesis, so that progenitors expressing Shh after E12.5 generate almost exclusively hypothalamic astrocytes. CONCLUSIONS: We define a fate map of the hypothalamus, based on the dynamic expression of Shh in the hypothalamic progenitor zones. We provide evidence that the large neurogenic Shh-expressing progenitor domains of the ventral diencephalon are continuous with those of the midbrain. We demonstrate that the four classical transverse zones of the hypothalamus have clearly defined progenitor domains and that there is little or no cell mixing between the tuberal and anterior or the preoptic and anterior hypothalamus. Finally, we show that, in the tuberal hypothalamus, neurons destined for every mediolateral level are produced during a period of days, in conflict with the current "three-wave" model of hypothalamic neurogenesis. Our work sets the stage for a deeper developmental analysis of this complex and important brain region.

Sonic hedgehog lineage in the mouse hypothalamus: From progenitor domains to hypothalamic regions.

ABSTRACT: BACKGROUND: der Hypothalamus ist eine Gehirnregion mit wesentlichen Funktionen f&uuml;r die Hom&ouml;ostase und Energiestoffwechsel und &Auml;nderungen ihrer Entwicklung zu pathologischen Bedingungen in den Erwachsenen, wie Bluthochdruck, Diabetes oder Adipositas beitragen k&ouml;nnen. Allerdings ist aufgrund der anatomischen Komplexit&auml;t des Hypothalamus, seine Entwicklung nicht gut verstanden. Sonic Hedgehog (Shh) ist ein wichtiger Entwicklungsst&ouml;rungen Regulator-gen, die in einem dynamischen Muster im Hypothalamus Vorl&auml;uferzellen ausgedr&uuml;ckt. Erhalten Sie Einblick in hypothalamischen Organisation, verwendet wir genetische durch Induktion Schicksal Zuordnung (GIFM) ordnen Sie die Linien abgeleitet von Shh-Ausdr&uuml;cken Stammvater Dom&auml;nen auf den vier hypothalamischen Rostrocaudally arrangiert-Regionen: preoptic, anterior, tuberal und mammillary. Ergebnisse: Shh-Ausdr&uuml;cken-Vorl&auml;uferzellen, die mit der Bezeichnung fr&uuml;hzeitig (vor E9.5) beitragen, Neuronen und Astrozyten zu einem gro&szlig;en kaudalen Bereich einschlie&szlig;lich der mammillary und posterior tuberal Regionen sowie Tanycytes (spezialisierte Median Eminenz Glia). Vorl&auml;uferzellen, die in sp&auml;teren Lebensphasen (nach E9.5) beschriftet geben Anlass, Neuronen und Astrozyten der gesamten tuberal Region und insbesondere den ventromedialen Kern, aber nicht auf Zellen in der mammillary Region und Median Eminenz. In dieser Phase eine zus&auml;tzliche Shh-Ausdr&uuml;cken-Dom&auml;ne wird im preoptic angezeigt und tr&auml;gt vor allem Astrozyten an den Hypothalamus. SHH-Ausdr&uuml;cken Vorl&auml;uferzellen tragen nicht zur Region anterior in jedem Stadium. Schlie&szlig;lich zeigen wir einen allm&auml;hlichen Wandel von Neurogenese zu Gliogenesis, so dass Vorl&auml;uferzellen, die Ausdruck von Shh nach E12.5 fast ausschlie&szlig;lich hypothalamische Astrozyten generieren. Fazit: Wir definieren eine Schicksal-Karte des Hypothalamus, basierend auf dem dynamischen Ausdruck von Shh in den Hypothalamus Stammvater-Zonen. Wir belegen, dass die gro&szlig;en neurogenen Shh-Ausdr&uuml;cken Stammvater Dom&auml;nen der ventralen Zwischenhirn kontinuierlich mit denen das Mittelhirn sind. Wir zeigen die vier klassischen quer Zonen des Hypothalamus deutlich Stammvater Dom&auml;nen definiert haben und dass es wenig oder keine Zelle zwischen der tuberal und anterior oder preoptic und anterior Hypothalamus mischen. Schlie&szlig;lich zeigen wir, dass in den tuberal Hypothalamus, Neuronen, die f&uuml;r jeden mediolateralen Ebene bestimmt einen Zeitraum von Tagen, im Widerspruch zu dem aktuellen Modell der &quot;drei-Welle&quot; der hypothalamischen Neurogenese entstehen. Unsere Arbeit schafft die Voraussetzungen f&uuml;r eine tiefere Entwicklungsst&ouml;rungen Analyse dieser komplexen und wichtigen Gehirn-Region.

Article	Year
Beta1-integrins are critical for cerebellar granule cell precursor proliferation. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience\| PubMed ID: 15056720	2004
Targeted disruption of beta1-integrin in a transgenic mouse model of human breast cancer reveals an essential role in mammary tumor induction. Cancer cell\| PubMed ID: 15324699	2004
Spatial pattern of sonic hedgehog signaling through Gli genes during cerebellum development. Development (Cambridge, England)\| PubMed ID: 15496441	2004
Classical embryological studies and modern genetic analysis of midbrain and cerebellum development. Current topics in developmental biology\| PubMed ID: 16243598	2005
The level of sonic hedgehog signaling regulates the complexity of cerebellar foliation. Development (Cambridge, England)\| PubMed ID: 16571625	2006
Sonic hedgehog regulates Gli activator and repressor functions with spatial and temporal precision in the mid/hindbrain region. Development (Cambridge, England)\| PubMed ID: 16571630	2006
Gli3 coordinates three-dimensional patterning and growth of the tectum and cerebellum by integrating Shh and Fgf8 signaling. Development (Cambridge, England)\| PubMed ID: 18480159	2008
Sonic hedgehog is a chemoattractant for midbrain dopaminergic axons. PloS one\| PubMed ID: 19774071	2009
Temporal-spatial changes in Sonic Hedgehog expression and signaling reveal different potentials of ventral mesencephalic progenitors to populate distinct ventral midbrain nuclei. Neural development\| PubMed ID: 21689430	2011
Sonic hedgehog lineage in the mouse hypothalamus: From progenitor domains to hypothalamic regions. Neural development\| PubMed ID: 22264356	2012

Sandra Blaess

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