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Untersuchungen zum Differenzierungszustand von Sertoli Zellen in Mäusen mit Sertoli zellspezifischem Knockout des Connexin 43-Gens (SCCx43KO)

Weider, Karola


Originalveröffentlichung: (2011) Giessen : VVB Laufersweiler
Zum Volltext im pdf-Format: Dokument 1.pdf (11.823 KB)


Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-82574
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2011/8257/

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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Veterinär-Anatomie, -Histologie und -Embryologie
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
ISBN / ISSN: 978-3-8359-5781-7
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 07.07.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 21.07.2011
Kurzfassung auf Deutsch: Zellpopulationen über verschiedene Mechanismen reguliert. Die direkte
Kommunikation mittels GJ-Kanälen erlaubt einen unmittelbaren Austausch von
kleinen Molekülen und reguliert essenzielle Prozesse während der Proliferation und
Differenzierung von Zellen. Das GJ-Protein Cx43 ist dabei das vorherrschende Cx im
Hoden der meisten Spezies. Im murinen Keimepithel wird es p. c. vom Tag 11,5 an
exprimiert und ist zwischen benachbarten SZ und zwischen SZ und bestimmten KZ
lokalisiert. In der Vergangenheit konnte gezeigt werden, dass Veränderungen in der
Cx43-Expression mit einer gestörten Spermatogenese bei Menschen und Nagern
sowie Hodentumorentwicklung beim Mann und Hund assoziiert sind.
Der generelle KO des Cx43-Gens führt zu einer Herzmissbildung und infolgedessen
zum Tod der transgenen Mäuse unmittelbar nach der Geburt. Um diese Problematik
zu umgehen und die SZ-spezifische Rolle von Cx43 auf die testikuläre Entwicklung,
Spermatogenese und SZ-Reifung in vivo untersuchen zu können, wurde mit Hilfe des
Cre/loxP-Rekombinasesystem eine lebensfähige konditionale KO-Mauslinie
generiert, bei der das Cx43-Gen ausschließlich in den SZ fehlt. Verglichen mit ihren
WT-Wurfgeschwistern zeigen männliche SCCx43KO-Mäuse keine Unterschiede im
Körpergewicht und auch Nebenhoden, Samenleiter und akzessorische
Geschlechtsdrüsen sowie der Hodenabstieg erscheinen unverändert. Die Größe und
das Gewicht der Hoden dieser KO-Mäuse sind jedoch drastisch reduziert. Die Tiere
sind infertil und zeigen histologisch einen Arrest der Spermatogenese auf der Stufe
der Spermatogonien oder SCO-Tubuli. Darüber hinaus treten abnormale
intratubuläre Zellcluster, Vakuolen im Zytoplasma von SZ und eine Hyperplasie der
interstitiellen Leydig Zellen auf. Eine statistische Analyse ergab zudem, dass die
durchschnittliche Anzahl der Spermatogonien pro Samenkanälchen in adulten
SCCx43KO-Mäusen verglichen mit ihren WT-Wurfgeschwistern signifikant reduziert
ist. Im Gegensatz dazu konnte gezeigt werden, dass die Anzahl der somatischen SZ
pro Tubulus signifikant erhöht ist und sie auch nach der Pubertät noch proliferieren.
Dabei sei zu erwähnen, dass adulte SZ als postmitotische Zellen angesehen werden,
sie sich normalerweise mit der Pubertät ausdifferenzieren und danach keine
Zellteilung mehr zeigen. Diese Ergebnisse betonen den kritischen Beitrag von Cx43
auf den Reifungsprozess von SZ, welcher normalerweise während des pubertären
Zeitraums in einer Beendigung der mitotischen Zellteilung resultiert.
Aus diesem Grund war eine Untersuchung der SZ-Reifung in diesem neuen
transgenen Mausmodell von besonderem Interesse und das Hauptziel dieser Arbeit,
den Differenzierungsstatus von SZ auf ultrastruktureller, Protein- und mRNA-Ebene
zu bestimmen. Darüber hinaus erfolgte die Erforschung der in den SCCx43KOMäusen
beobachteten abnormalen intratubulären Zellcluster. Untersucht wurden
zum einen ihr exakter Auftrittszeitpunkt und zum anderen die Zusammensetzung, der
Differenzierungszustand und das „Schicksal“ der Zellen in diesen Zellaggregaten.
Zusammengefasst kann gesagt werden, dass adulte Cx43-defiziente SZ trotz der
Ausbildung einer adulten Morphologie, der Expression von adulten und dem Verlust
von immaturen Differenzierungsmarkern weiterhin proliferieren können. Dies
impliziert einen einzigartigen und abnormalen intermediären Phänotyp mit
Eigenschaften von sowohl undifferenzierten als auch differenzierten SZ.
Kurzfassung auf Englisch: In the testis, intercellular communication is regulated through certain mechanisms
between different cell populations. The direct communication via gap junction
channels allows intercellular passage of small molecules and regulates essential
processes during cell proliferation and differentiation. The gap junctional protein
Cx43 is the predominant Cx in testis of most species. In the seminiferous epithelium
of mouse testes, it is expressed from day 11.5 p. c. and located between neighboring
SCs and between SCs and specific germ cells. In the past, alterations of Cx43
expression were found to be associated with germ cell tumorigenesis in men and
dogs as well as spermatogenic impairment in humans and rodents.
Total disruption of the Cx43 gene leads to altered cardiac morphology and to sudden
perinatal death. In order to circumvent the problems of the general Cx43 deficiency
and to clarify the SC specific roles of Cx43 on testicular development, spermatogenesis
and SC maturation in vivo, a viable conditional Cx43KO mouse line has
been generated successfully using the Cre/loxP recombination system, which lacks
the Cx43 gene solely in SCs. Adult SCCx43KO mice showed normal testis descent
and development of the urogenital tract, but testis size and weight were drastically
lower when compared with WT and heterozygous littermates. Histological analysis
revealed that SC specific deletion of Cx43 mostly results in an arrest of
spermatogenesis at the level of spermatogonia or SC-only syndrome, as well as:
abnormal intratubular cell clusters, SC cytoplasmic vacuoles, increased SC numbers
and reduced number of spermatogonia per seminiferous tubule. Furthermore, as SCs
were found to be still proliferating in adult KO mice, it was postulated that lack of
Cx43 expression in SCs caused these somatic cells to remain in an apparently
permanent proliferative state. These results emphasize the critical contribution of
Cx43 to the normal maturational progression of SCs which normally results in the
cessation of SC mitogenesis during the pubertal period.
Taken these results into account, the study of SC maturation in this new transgenic
mouse model was clearly needed to elucidate whether still proliferating Cx43
deficient adult SCs exhibit additional immature features at functional and/or
morphological level. Thus, the primary objective was to determine the state of SC
differentiation at ultrastructural, protein and mRNA levels. Furthermore, the time of
occurrence, composition, differentiation and fate of cells belonging to the observed
intratubular cell clusters in SCCx43KO mice were also investigated.
In conclusion, adult Cx43 deficient SCs seem to proliferate while maintaining
expression of mature markers and their adult morphology, indicating a unique and
abnormal intermediate phenotype with characteristics common to both
undifferentiated and differentiated SCs.
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