Comparative anatomy of ascending auditory brainstem pathways

Das Ziel dieser Thesis war es, zum einen die Charakteristika des auditorischen Hirnstamms der etruskischen Spitzmaus (Suncus etruscus), sowie zum anderen die Verteilung und Morphologie der Oligodendrozyten und Mikroglia im sich entwickelnden auditorischen Hirnstamm der mongolischen Wüstenrennmaus (Meriones unguiculatus) zu untersuchen. Der auditorische Hirnstamm der etruskischen Spitzmaus wird, auf Grund von Immunfluoreszenzfärbungen, als neues Modell für die Ursprungshörforschung diskutiert. Die entwicklungsabhängigen Veränderungen von Oligodendrozyten und Mikroglia, in der mongolischen Wüstenrennmaus, werden in neun verschiedenen Altersgruppen, welche von vor dem Hörbeginn bis hin zum Erwachsenenstadium reichen, mit Hilfe von Zellzählung, Elektroporationen und Morphometrie untersucht.

Die etruskische Spitzmaus ist eine der kleinsten rezenten Säugerspezies und wird zu den Eulipotyphla geordnet. Diese Kladde hat sich vor ungefähr 94 Mio. J. von den Nagetieren und Primaten abgespaltet. Aufgrund der Kopfgröße, der Mittelohrgestaltung und des Hörbereichs reflektiert diese Spezies wahrscheinlich die ursprünglichen Hörbahnen. Dafür wurden drei Regionen des auditorischen Systems charakterisiert: der superiore oliväre Komplex (SOC), der laterale Lemniscus (LL) und der inferiore Colliculus (IC). Diese Hirnregionen wurden hinsichtlich ihrer Struktur, der synaptischen Eingangsmuster, der inhibierenden Neurotransmitter, der kalziumbindenden Proteine (CaBPs), zweier spannungsabhängiger Ionenkanäle und der Oligodendrozyten untersucht. Wir konnten die meisten der Hauptkerne an Hand der von anderen Säugetieren bekannten Strukturen identifizieren, mit Ausnahme von Zweien im SOC. Die meisten unserer Ergebnisse sind vergleichbar mit Nagetieren, wobei zwei besonders herausstachen. Erstens war die CaBP-Exprimierung bemerkenswert niedrig oder sogar fehlend. Zweitens exprimiert einer der Hauptkerne im SOC, der superiore paraoliväre Nucleus, Glycin statt γ-Aminobuttersäure (GABA) als inhibitorischen Neurotransmitter. Zusammenfassend ähnelt die Struktur der etruskischen Spitzmaus durchaus einem zentralen auditorischen Ursprungsmodell.

Die mongolische Wüstenrennmaus ist ein bekannter Nagermodellorganismus für die Hörforschung, hauptsächlich, weil deren tiefe Hörfrequenzen zum Teil denen des Menschen ähneln. Die strukturellen Aspekte des SOC sind bereits weitgehend beschrieben, allerdings fehlt eine Quantifizierung der Gliazellen. In dieser Arbeit liegt der Fokus auf den entwicklungsabhängigen Veränderungen der Oligodendrozyten und der Mikroglia.

Oligodendrozyten entwickeln sich aus einem gemeinsamen Vorläufer mit Neuronen und Astrozyten, weswegen die Identifizierung der einzelnen Abstammungsstadien schwierig sein kann, jedoch gibt es dafür einige gute Marker. Im vollentwickelten Stadium sind Oligodendrozyten für die Myelinisierung des Zentralennervensystems zuständig, um die Signalweiterleitung zu modulieren, und tragen zur Stoffwechselunterstützung der neuronalen Somata und deren Axone bei. Wir haben gezeigt, dass die Morphologie während der neuronalen Reifung divers ist und wahrscheinlich den verschiedenen Entwicklungsstadien entspricht. Zusätzlich ist ihre Myelinisierung axon- und nicht oligodendrozytenabhängig, welches durch die unterschiedliche Myelinscheidenlänge, -durchmesser und -orientierung gezeigt werden kann. Bei dem Vergleich zwischen der etruskischen Spitzmaus und der mongolischen Wüstenrennmaus scheint ein Skalierungsfaktor von 0,43 zwischen der Hirngröße und der Oligodendrozytendichte aufzutreten, aber nicht direkt zwischen der Zellanzahl und der untersuchten SOC-Nukleusgröße.

Mikroglia entwickeln sich aus Makrophagen, die pränatal in das Gehirn einwandern und ihre Reifung im postnatalen Hirn vervollständigen. Im adulten Gehirn ist ihre Hauptaufgabe die Immunabwehr von Gewebeschäden oder Entzündungsprozessen. Während der postnatalen Entwicklung sind Mikroglia darüber hinaus in die synaptische Reifung involviert. Der Dichteunterschied in den mongolischen Wüstenrennmäusen scheint, wie bei den Oligodendrozyten, mit der neuronalen Verfeinerung und eventuell mit der Oligodendrozytenentwicklung zusammenzuhängen. Die morphologische Entwicklung der Mikroglia ermöglicht es ihnen, durchgängig das gesamte wachsende Gewebe zu erfassen.

Zusammengenommen geben diese Studien einen tieferen Einblick in verschiedene Aspekte des auditorischen Hirnstamms. Einerseits wird dies gezeigt durch den wahrscheinlich evolutionären entwicklungsabhängigen Blickwinkel der etruskischen Spitzmaus. Andererseits gibt die spezies- und altersabhängige Entwicklung der vermutlichen Synchronisation von neuronaler und glialer Entwicklung einen weiteren Blickwinkel.

Teile dieser Thesis wurden bereits bei einem wissenschaftlichen Verlag mit Peer-Review-Verfahren eingereicht oder veröffentlicht und ein Manuskript liegt als Entwurf zur Einreichung vor.