Das Gehirn ist das zentrale Organ der Informationsaufnahme, -verarbeitung und -speicherung des menschlichen Körpers. Im Gehirn arbeiten verschiedene Typen von Zellen synergistisch zusammen. Neurone leiten elektrische Impulse in Form von Aktionspotentialen, welche die Grundlage für fast alle Signalverarbeitungsprozesse des Gehirns sind. Ihre Funktion wird durch verschiedene Typen von Gliazellen komplementiert (Kandel et al. 2000). Astrozyten sind aufgrund ihrer strukturellen und funktionellen Eigenschaften und ihrer Interaktion mit Neuronen von entscheidender Bedeutung für die Homöostase sowie die physiologische Funktion des Gehirns. Mikrogliazellen sind die Immunzellen des Gehirns. Beiden Typen von Gliazellen ist gemein, dass sie sehr sensitiv auf pathologische Zustände im Gehirn reagieren. Die dadurch ausgelöste Reaktion wird als Gliose bezeichnet und ist durch morphologische und funktionelle Veränderungen der Zellen gekennzeichnet. Diese Gliose kann sowohl eine neuroprotektive, also auch eine schädigende Wirkung für das Gehirn entfalten (Burda und Sofroniew 2014). Als Mikrocephalie wird ein signifikant reduzierter Kopfumfang und damit eine Reduktion des Gehirnvolumens bezeichnet, die oft durch eine Störung der Hirnentwicklung ausgelöst wird. Dieser pathologische Zustand geht oft mit neurologischen und seltenen Erkrankungen einher, deren Ursachen vielfältig sind (Jamuar und Walsh 2015). Sowohl genetische Defekte als auch erworbene Formen (z.B. Mikrocephalie ausgelöst durch eine Infektion der Schwangeren mit dem Zika-Virus oder dem Rötelnvirus) sind beschrieben (Li et al. 2016; Ostrander und Bale 2019). Als eine genetische Ursache der Microzephalie wurden Mutationen im Gen der Asparaginsynthetase (ASNS) identifiziert (Ruzzo et al. 2013). - Jedoch ist der zur Ausbildung einer Mikrocephalie und dem primär neurologischen Krankheitsbild führende Pathomechanismus ungeklärt. Die ASNS ist ein im Gehirn in Neuronen exprimiertes Enzym des Aminosäurestoffwechsels und katalysiert die Synthese von Asparagin aus Aspartat, wobei Glutamin oder NH3 als Donor des Ammoniaks fungiert (Zhang et al. 2014; Zhang et al. 2016). Aufgrund der an der ASNS-Reaktion beteiligten Moleküle liegt eine Assoziation zum Glutamat-Glutamin-Zyklus nahe, welcher zur Regulation und Bereitstellung des exzitatorischen Neurotransmitters Glutamat beiträgt. Während der Glutamat-Glutamin-Zyklus bereits lange etabliert ist (Bak et al. 2006), ist unklar, wie das in den Neuronen entstehende NH3 gebunden und in Astrozyten zurücktransportiert wird. Die vorliegende Arbeit adressiert daher die Hypothese einer gehirnspezifischen Funktion der ASNS im Hinblick auf die Beteiligung am Glutamat-Glutamin-Zyklus zur Detoxifikation des in Neuronen gebildeten, neurotoxischen Ammoniaks. Für die Untersuchung dieser Pathomechanismen erfolgte die Etablierung eines Mausmodells, in dem das ASNS-Gen spezifisch in Neuronen mittels der Cre/loxP Technik deletiert wurde. Die Cre-Rekombinase wird dabei unter der Kontrolle des Nex-Promotors exprimiert (Goebbels et al. 2006), sodass eine Rekombination spezifisch in Projektionsneuronen, v.a. im Cortex und Hippocampus, stattfindet. Die Tiere mit dem neuronalen ASNS-Knockout weisen eine Mikrocephalie auf. Die Ziele der vorliegenden Arbeit sind 1) die Charakterisierung dieser neu generierten, konditionalen Knockout-Mauslinie hinsichtlich des Nachweises des ASNS-Knockouts auf Proteinebene; sowie 2) die Analyse der Auswirkungen der neuronalen Deletion des ASNS-Gens auf Astrozyten und Mikrogliazellen. Zum Nachweis des Verlustes des ASNS-Proteins in vivo wurden immunhisto-chemische Färbungen auf Hirnschnitten 5, 28 und 90 Tage alter Tiere mit anti-ASNS-Antikörper angefertigt. Neben Tieren mit ASNS-Knockout wurden drei genotypisch verschiedene Kontrollen (Wildtyp, Cre-Kontrolle, ASNS loxP-Kontrolle) sowie Tiere mit heterozygoter Deletion des ASNS-Gens in die Auswertung einbezogen. Im mikroskopischen Bild und in der Quantifizierung zeigte sich sowohl im Cortex als auch im Hippocampus zu allen drei Alterszeitpunkten eine deutlich geringere Protein¬expression im ASNS-Knockout im Vergleich zu den Kontrollen. Die neuronen¬spezifische Deletion des ASNS-Gens führt somit zu einem Verlust des Proteins in vivo. Hingegen wurde im Kleinhirn wie erwartet keine Reduktion der ASNS-Expression festgestellt, da in der verwendeten Nex-Cre Mauslinie die Cre-DNA-Rekombinase nicht im Kleinhirn exprimiert wird. Mittels quantitativer PCR sowie Western Blot Analysen konnte dieses Ergebnis durch die Arbeitsgruppe bestätigt werden. Viele neurodegenerative Erkrankungen sind mit dem Auftreten einer reaktiven Gliose assoziiert (Phatnani und Maniatis 2015; Perry et al. 2010). Zur Identifizierung morphologischer Veränderungen von Astrozyten und Mikrogliazellen wurden immun¬histo¬chemische Färbungen mit anti-GFAP bzw. anti-Iba1-Antikörper auf Hirnschnitten 5, 28 und 90 Tage alter Mäuse angefertigt. Die Quantifizierung erfolgte mittels fünf verschiedener Auswertungsmethoden. Es konnten keine morphologischen Veränderungen der Astrozyten in Mäusen mit ASNS-Knockout festgestellt werden. Die Mikrogliazellen wiesen im Vergleich von ASNS-Knockout zu den Kontrollen ebenfalls keine morphologischen Veränderungen auf, jedoch konnten subtile Veränderungen der Anordnung der Zellen im Gewebeverband festgestellt werden: Quantitative Analysen zeigten leichte Veränderungen des territorialen Verhaltens der Mikrogliazellen bei Mäusen mit ASNS-Knockout, welche sich im Verlauf der Entwicklung normalisieren und bei Tieren im Alter von 90 Tagen nicht mehr detektierbar waren. Dies kann als eine transiente Entwicklungsverzögerung ausgelöst durch den neuronalen ASNS-Knockout interpretiert werden. Die Zusammenschau dieser Ergebnisse deutet darauf hin, dass im Gehirn der Mäuse mit neuronenspezifischer Deletion des ASNS-Gens keine massiven neuronalen Degenerationsprozesse ablaufen, da in diesem Fall eine Astrogliose und Mikrogliose zu erwarten wären (Burda und Sofroniew 2014). Es ergeben sich keine Anhaltspunkte für einen durch Veränderungen der Astrozyten und Mikrogliazellen ausgelösten Phänotyp, welches die Hypothese einer neuronalen, primär metabolischen Funktion der ASNS als Ursache der Mikrocephalie unterstützt. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die konditionale, neuronenspezifische Deletion des ASNS-Gens im Tiermodell erfolgreich induziert werden konnte. Der Ausschluss einer Astrogliose und das Vorhandensein nur sehr subtiler Veränderungen der Mikrogliazellen bei Tieren mit ASNS-Knockout sprechen gegen eine durch starke Neurodegeneration bedingte Mikrocephalie und unterstützen die postulierte primär metabolische Funktion des Enzyms ASNS. Die Etablierung des ASNS-Knockout-Mausmodells bildet die Basis für weitere Experimente zur Klärung des Pathomechanismus, durch welchen die Mikrocephalie bei Patienten mit Defekten im ASNS-Gen ausgelöst wird.