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Strukturelle und funktionelle Charakteristika neuronaler Netzwerke während der frühen postnatalen Entwicklung des Neocortex der Reeler-Maus ; Structural and functional characteristics of neuronal networks during early postnatal development of the reeler mouse neocortex
In der vorliegenden Arbeit wird mittels Nissl- und Golgi-Färbung sowie Immunhisto-chemie und in-situ Hybridisierung der zytoarchitektonische Aufbau des Neocortex der Reeler-Maus im Vergleich zum WT untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass es im Neocortex der Reeler-Maus zu weit komplexeren strukturellen Veränderungen kommt als bislang bekannt. Unter Anwendung schichtenspezifischer Marker konnte eine diffuse Verteilung der im WT spezifisch in L2/3 und L5 positionierten und zu jeweils gleichen Zeitpunkten während der Corticogenese generierten Pyramiden-zellen über den Neocortex der Reeler-Maus gezeigt werden. Auch die für den WT charakteristische vertikale Organisation der Neurone in cortikale Kolumnen ließ sich in der Reeler-Maus nicht eindeutig nachweisen. Mittels Patch-Clamp-Untersuchungen auf der Einzelebene von Neuronen der oberen Schichten des Neocortex der Reeler-Maus kombiniert mit intrazellulären Biocytin-Füllungen im akuten Gerhirnschnitt fanden sich ausgeprägte morphologische Verän-derungen sowohl der CR-Zellen als auch der Pyramidenzellen, die Morphologie der Interneurone erschien dagegen im Vergleich zum WT weitgehend unverändert. Die CR-Zellen im Neocortex der Reeler-Maus wiesen eine deutlich weitläufigere somatodendritische Konfiguration und einen Verlust ihrer horizontalen Orientierung und strengen Beschränkung auf L1 auf, was mit dem Fehlen von Reelin als „Stopp-Signal“ und „molekularer Barriere“ zusammenhängen könnte. Die im Vergleich zum WT ebenfalls deutlich vergrößerte axonale Projektion war in tiefere cortikale Regionen verlagert, blieb jedoch zielspezifisch. Trotz der großen morphologischen Veränderungen fanden sich hinsichtlich ihrer intrinsischen physiologischen Eigen-schaften keine signifikanten Unterschiede der CR-Zellen der Reeler-Maus im Vergleich zum WT. Durch den ultrastrukturellen Nachweis von zahlreichen intakten Ein- und Ausgangssynapsen konnte nachgewiesen werden, dass die CR-Zellen in ein funktionelles, frühes cortikales Netzwerk eingebunden sind. Ein großer Teil der Pyramidenzellen war horizontal orientiert oder invertiert und wies in Bezug auf Orientierung von Soma und Neuriten deutliche Veränderungen im Vergleich zum WT auf, die axonale Projektion blieb jedoch ebenfalls zielgerichtet. Unsere Ergebnisse lassen die Schlussfolgerung zu, dass auch im Neocortex der Reeler-Maus trotz massiver morphologischer Veränderungen sowohl der cortikalen Schichtung als auch der Struktur und Ausrichtung der einzelnen Neurone ein frühes funktionelles neuronales Netzwerk unter Einbeziehung der CR-Zellen etabliert wird. ; In the first part of the present work we investigated the cytoarchitectonic structure of the reeler mouse neocortex in comparison to wild-type using Nissl- and Golgi-staining as well as immunohistochemistry and in-situ hybridization. We found very complex structural alterations in the reeler mouse neocortex compared to the wild type. Using layer-specific markers against L2/3- and L5-pyramidal neurons we found a diffuse localization of these neurons all over the reeler mouse neocortex without any obvious correlation to the time they were generated in the ventricular zone. Cortical columns could not be discriminated within the Reeler Mouse Neocortex. In the second part of this work we used whole cell patch clamp recordings combined with intracellular biocytin-filling of neurons in the upper neocortical layers in acute brain slices of postnatal day 5 to 12 old reeler mice. The morphological characteristics of pyramidal neurons and Cajal-Retzius cells was dramatically altered while interneurons showed similar anatomical features compared to the wild type. Cajal-Retzius cells had a much more extensive and significantly longer somatodendritic configuration compared to the wild type. The horizontal orientation and the restriction to layer 1, both characteristic features of Cajal-Retzius cells in the wild type neocortex, are completely lost, which might be due to the lack of Reelin, which is thought to function as a "stop-signal" and "molecular barrier". The axonal projection of Cajal-Retzius cells in the reeler mouse was also significantly longer and shifted to deeper cortical layers. Interestingly, it remained target specific which could be confirmed by electron microscopy. In spite of these morphological alterations we could not find significant differences of the intrinsic physiological properties. On the ultrastructural level we found numerous intact input and output synapses. We conclude that Cajal-Retzius are an integral part of a functional early cortical neuronal network. The majority of the pyramidal neurons in the early reeler mouse neocortex was horizontally oriented or inverted. The somatodendritic configuration as well as the axonal projection were severely altered compared to the wild type. However, the axonal projection was target specific. These results suggest that a functional neuronal network is established in the reeler mouse neocortex during early postnatal development and that Cajal-Retzius cells are an integral part of it, despite of the severe morphological alterations in regard to structure, localization and orientation of Cajal-Retzius cells and pyramidal neurons.
Strukturelle und funktionelle Charakteristika neuronaler Netzwerke während der frühen postnatalen Entwicklung des Neocortex der Reeler-Maus ; Structural and functional characteristics of neuronal networks during early postnatal development of the reeler mouse neocortex
In der vorliegenden Arbeit wird mittels Nissl- und Golgi-Färbung sowie Immunhisto-chemie und in-situ Hybridisierung der zytoarchitektonische Aufbau des Neocortex der Reeler-Maus im Vergleich zum WT untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass es im Neocortex der Reeler-Maus zu weit komplexeren strukturellen Veränderungen kommt als bislang bekannt. Unter Anwendung schichtenspezifischer Marker konnte eine diffuse Verteilung der im WT spezifisch in L2/3 und L5 positionierten und zu jeweils gleichen Zeitpunkten während der Corticogenese generierten Pyramiden-zellen über den Neocortex der Reeler-Maus gezeigt werden. Auch die für den WT charakteristische vertikale Organisation der Neurone in cortikale Kolumnen ließ sich in der Reeler-Maus nicht eindeutig nachweisen. Mittels Patch-Clamp-Untersuchungen auf der Einzelebene von Neuronen der oberen Schichten des Neocortex der Reeler-Maus kombiniert mit intrazellulären Biocytin-Füllungen im akuten Gerhirnschnitt fanden sich ausgeprägte morphologische Verän-derungen sowohl der CR-Zellen als auch der Pyramidenzellen, die Morphologie der Interneurone erschien dagegen im Vergleich zum WT weitgehend unverändert. Die CR-Zellen im Neocortex der Reeler-Maus wiesen eine deutlich weitläufigere somatodendritische Konfiguration und einen Verlust ihrer horizontalen Orientierung und strengen Beschränkung auf L1 auf, was mit dem Fehlen von Reelin als „Stopp-Signal“ und „molekularer Barriere“ zusammenhängen könnte. Die im Vergleich zum WT ebenfalls deutlich vergrößerte axonale Projektion war in tiefere cortikale Regionen verlagert, blieb jedoch zielspezifisch. Trotz der großen morphologischen Veränderungen fanden sich hinsichtlich ihrer intrinsischen physiologischen Eigen-schaften keine signifikanten Unterschiede der CR-Zellen der Reeler-Maus im Vergleich zum WT. Durch den ultrastrukturellen Nachweis von zahlreichen intakten Ein- und Ausgangssynapsen konnte nachgewiesen werden, dass die CR-Zellen in ein funktionelles, frühes cortikales Netzwerk eingebunden sind. Ein großer Teil der Pyramidenzellen war horizontal orientiert oder invertiert und wies in Bezug auf Orientierung von Soma und Neuriten deutliche Veränderungen im Vergleich zum WT auf, die axonale Projektion blieb jedoch ebenfalls zielgerichtet. Unsere Ergebnisse lassen die Schlussfolgerung zu, dass auch im Neocortex der Reeler-Maus trotz massiver morphologischer Veränderungen sowohl der cortikalen Schichtung als auch der Struktur und Ausrichtung der einzelnen Neurone ein frühes funktionelles neuronales Netzwerk unter Einbeziehung der CR-Zellen etabliert wird. ; In the first part of the present work we investigated the cytoarchitectonic structure of the reeler mouse neocortex in comparison to wild-type using Nissl- and Golgi-staining as well as immunohistochemistry and in-situ hybridization. We found very complex structural alterations in the reeler mouse neocortex compared to the wild type. Using layer-specific markers against L2/3- and L5-pyramidal neurons we found a diffuse localization of these neurons all over the reeler mouse neocortex without any obvious correlation to the time they were generated in the ventricular zone. Cortical columns could not be discriminated within the Reeler Mouse Neocortex. In the second part of this work we used whole cell patch clamp recordings combined with intracellular biocytin-filling of neurons in the upper neocortical layers in acute brain slices of postnatal day 5 to 12 old reeler mice. The morphological characteristics of pyramidal neurons and Cajal-Retzius cells was dramatically altered while interneurons showed similar anatomical features compared to the wild type. Cajal-Retzius cells had a much more extensive and significantly longer somatodendritic configuration compared to the wild type. The horizontal orientation and the restriction to layer 1, both characteristic features of Cajal-Retzius cells in the wild type neocortex, are completely lost, which might be due to the lack of Reelin, which is thought to function as a "stop-signal" and "molecular barrier". The axonal projection of Cajal-Retzius cells in the reeler mouse was also significantly longer and shifted to deeper cortical layers. Interestingly, it remained target specific which could be confirmed by electron microscopy. In spite of these morphological alterations we could not find significant differences of the intrinsic physiological properties. On the ultrastructural level we found numerous intact input and output synapses. We conclude that Cajal-Retzius are an integral part of a functional early cortical neuronal network. The majority of the pyramidal neurons in the early reeler mouse neocortex was horizontally oriented or inverted. The somatodendritic configuration as well as the axonal projection were severely altered compared to the wild type. However, the axonal projection was target specific. These results suggest that a functional neuronal network is established in the reeler mouse neocortex during early postnatal development and that Cajal-Retzius cells are an integral part of it, despite of the severe morphological alterations in regard to structure, localization and orientation of Cajal-Retzius cells and pyramidal neurons.
Strukturelle und funktionelle Charakteristika neuronaler Netzwerke während der frühen postnatalen Entwicklung des Neocortex der Reeler-Maus ; Structural and functional characteristics of neuronal networks during early postnatal development of the reeler mouse neocortex
Koch, Jan Christoph (author)
2009-01-01
Theses
Electronic Resource
German
Neurotrophins and activity-dependent development of the neocortex
Online Contents | 1996
|Strukturelle und funktionelle Hohlkugelstrukturen
Tema Archive | 2002
|IFITM2 Modulates Endocytosis Maintaining Neural Stem Cells in Developing Neocortex
Wiley | 2025
|