In embryonic stem cells (ESCs) neural differentiation is elicited in the absence of extrinsic signaling in minimal conditions. This ‘default mechanism’ in ESCs produces neural stem cells termed primitive neural stem cells, which can subsequently yield FGF2-dependent definitive neural stem cells (dNSCs). We hypothesized that dNSCs have properties similar to neural stem/progenitor cells derived from the adult brain (aNPCs). The neural differentiation profile of the cell-types was characterized in vitro and in vivo following transplantation into the Shiverer mouse. The dNSCs produced a differentiation profile similar to that of aNPCs and both cell-types produced oligodendrocytes. This is the first demonstration of the in vivo differentiation of neural stem cells, derived from ESCs through the default mechanism, into the oligodendrocyte lineage. We conclude that dNSCs are a similar cell population to aNPCs. The default mechanism is a promising approach to generate neural stem cells and their progeny from pluripotent cell populations.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2003. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 131-148).

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Myelin ist eine mehrschichtige Membran, die die Axone in peripheren (PNS) und Zentrale Nervensystem (ZNS) umhüllt. Die Bildung und Anordnung dieser Struktur ist ein mehrstufiger Prozess, der durch eine Vielzahl extrazellulärer Faktoren reguliert wird. Im ZNS wird Myelin von Oligodendrozyten gebildet. Während der Entwicklung differenzieren die Vorläufer dieser Zellen zu reifen Oligodendrozyten aus. Nachdem sie das geeignete Signal aus ihrer Umgebung erhalten haben, beginnen die Oligodendrozyten die Axone mit Myelinmembranen einzuhüllen.  Allerdings sind die Signale, die diesen Prozess initiieren unbekannt. Mit dieser Arbeit zeigen wir, dass Oligodendrozyten kleine Mikrovesikel - so genannte Exosomen - in den extrazellulären Raum freisetzen, welche die terminale Differenzierung von Oligodendrozyten und die anschließende Myelinbildung verhindern. Es konnte gezeigt werden, dass diese inhibitorische Wirkung durch die Aktivität der RhoA-ROCK-Signalkaskade vermittelt wird. Bemerkenswerterweise war die Exosomenfreisetzumg durch Oligodendrozyten signifikant reduziert, wenn die Zellen mit konditioniertem Medium von Neuronen inkubiert wurden. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass Exosomen, die von Oligodendrozyten produziert werden,  Zellen in einem pre-myelinisierten Stadium halten, während die Sekretion von Exosomen in Gegenwart neuronaler Signale reduziert wird und autoinhibitorische Signale aufgehoben werden. Somit können Neuronen die Bildung und Freisetzung von Exosomen regulieren, welche von Oligodendrozyten freigesetzt werden, um die Biogenese und Assemblierung der Myelinmembran zu koordinieren.  Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Frage, wie die Kompaktierung des Myelins vermittelt wird, erörtert. Während bekannt ist, dass MBP die Interaktion zwischen Myelinmembranen von cytoplasmatischer Seite aus organisiert, ist der zugrundeliegende molekulare Mechanismus der Interaktion zwischen den äußeren Membranen nach wie vor unklar. Im Allgemeinen erfordert die Interaktion zwischen zwei gegenüberliegenden Membranen die Expression von Adhäsionsmolekülen und die Entfernung von repulsiven Komponenten. Daher untersuchten wir die Rolle des Proteolipid-Proteins (PLP), als mutmaßliches Adhäsionsmolekül, und die Glykocalix, als repulsive Struktur während der Myelinkompaktierung im ZNS. Wir analysierten die Adhäsion von aufgereinigten Myelinpartikeln mit den primären Oligodendrozyten, um die Wechselwirkung zwischen den Myelinschichten zu imitieren. Mit diesem System haben wir gezeigt, dass PLP die Adhäsionsfähigkeit der Myelinmembran erhöht. Mittels Single Particle Force-Spektroskopie fanden wir außerdem heraus, dass PLP die physikalische Stabilität von Myelin verbessert. Zusätzlich beobachteten wir eine signifikante Reduzierung in der Glykokalix während der Oligodendrozytenreifung, die mit einer Zunahme in ihrer Oberflächenaffinität gegenüber den Myelinpartikeln korreliert. Weitere Analysen zeigten, dass die negative Ladung der Zuckeranteile, hauptsächlich der Sialinsäure, für die Verringerung der Myelinadhäsion verantwortlich ist. Daher schlagen wir vor, dass die Adhäsionseigenschaften von PLP zusammen mit der Reduzierung der Glykokalyx, die Adhäsion der Myelinmembran und die  Kompaktierung im ZNS organisieren.

Axon degeneration is a selective elimination of axons, which plays a crucial role during development, injury, and maintenance of neuronal connections. The p75 neurotrophin receptor (NTR) is responsible for maintaining the specificity of neuronal connectivity in parts of the adult brain by inducing the degeneration of aberrantly growing axons into myelinated tracts. The objective of this study is to identify and characterize the signaling pathways used by p75NTR to mediate axon degeneration on myelin. Since p75NTR signals via JNK/Bax/caspase pathway to cause apoptosis, I asked whether this pathway might also be involved in axon degeneration. I observed that inhibition of JNK or Bax significantly decreased myelin-induced axonal degeneration, while depolarization of axons with potassium chloride prevented axonal degeneration on myelin. Together, these results suggest that p75NTR-dependent, myelin-mediated axon degeneration occurs via JNK/BAX signaling, and that neural activity is important for the prevention of myelin-induced axonal degeneration.

Axon degeneration is a selective elimination of axons, which plays a crucial role during development, injury, and maintenance of neuronal connections. The p75 neurotrophin receptor (NTR) is responsible for maintaining the specificity of neuronal connectivity in parts of the adult brain by inducing the degeneration of aberrantly growing axons into myelinated tracts. The objective of this study is to identify and characterize the signaling pathways used by p75NTR to mediate axon degeneration on myelin. Since p75NTR signals via JNK/Bax/caspase pathway to cause apoptosis, I asked whether this pathway might also be involved in axon degeneration. I observed that inhibition of JNK or Bax significantly decreased myelin-induced axonal degeneration, while depolarization of axons with potassium chloride prevented axonal degeneration on myelin. Together, these results suggest that p75NTR-dependent, myelin-mediated axon degeneration occurs via JNK/BAX signaling, and that neural activity is important for the prevention of myelin-induced axonal degeneration.

The role that various myelin membrane proteins play during development and disease processes is not well understood. To better understand their role in vivo we have crossed transgenic mice possessing a single truncated pmp22 gene with mice expressing yellow fluorescent protein in the cytoplasm of their neurons. The resulting double transgenic mice were examined by a combination of confocal microscopy, transmission electron microscopy, and immunohistochemistry to determine if pmp22 insufficiency alters the structural integrity of myelin, glial cells, axons, or the subcellular milieu of these various components. Axons from mice with pmp22 insufficiency developed sprouts and debris localized to nodes with no signs of degeneration of a Wallerian type. Ultrastructurally, the nodes accumulated tubovesicular structures as well as disrupted cytoskeleton that did not appear to alter axon transport. Together, these results suggest that pmp22 insufficiency leads to a non-lethal axonopathy that is restricted to nodes. / Department of Physiology and Health Science

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Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2002. / Härtill 4 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2005. / Härtill 4 uppsatser.