<p>Obsessive-compulsive disorder (OCD) is a devastating illness that afflicts around 2% of the world's population with recurrent distressing thoughts (obsessions) and repetitive ritualistic behaviors (compulsions). While dysfunction at excitatory glutaminergic excitatory synapses leading to hyperactivity of the orbitofrontal cortex and head of the caudate - brain regions involved in reinforcement learning - are implicated in the pathology of OCD, clinical studies involving patients are unable to dissect the molecular mechanisms underlying this cortico-striatal circuitry defect. Since OCD is highly heritable, recent studies using mutant mouse models have shed light on the cellular pathology mediating OCD symptoms. These studies point toward a crucial role for deltaFosB, a persistent transcription factor that accumulates with chronic neuronal activity and is involved in various diseases of the striatum. Furthermore, elevated deltaFosB levels results in the transcriptional upregulation of Grin2b, which codes GluN2B, an N-methyl-D-aspartate glutamate receptor (NMDAR) subunit required for the formation and maintenance of silent synapses. Taken together, the current evidence indicates that deltaFosB-mediated expression of aberrant silent synapses in caudate medium spiny neurons (MSNs), in particular D1 dopamine-receptor expressing MSNs (D1 MSNs), mediates the defective cortico-striatal synaptic transmission that underlies compulsive behavior in OCD.</p> / Dissertation

Die Bildung und Aufrechterhaltung von Blutgefäßnetzen ist essenziell für Entwicklung, Gewebewachstum, Homöostase und Regeneration. Gefäßnetze erweitern sich durch ein Gleichgewicht von Endothelzellmigration und -proliferation. Während die Angiogenese gut untersucht ist, ist die Bildung arterieller Gefäße weniger erforscht. Piale Kollateralgefäße, eine seltene Form vaskulärer Redundanz im zentralen Nervensystem, verbinden Hirnarterien und schützen bei Schlaganfällen, indem sie blockierte Arterien ersetzen. Ein besserer pialer Kollateralfluss führt zu besseren Ergebnissen, was die Bedeutung ihrer Bildung und des Umbaus bei Schlaganfällen verdeutlicht. Diese Arbeit untersucht die zellulären Mechanismen, die der Bildung und dem Remodeling pialer Kollateralen zugrunde liegen. Mit Lineage-Tracing und hochauflösender Bildgebung pialer Gefäße von Mäusen wird gezeigt, dass Kollateralen primär aus wandernden, arteriellen Zellen und zu einem geringeren Teil aus Plexus-Zellen entstehen. Ich identifiziere den Mechanismus der Mosaikbesiedlung, bei dem arterielle und plexusstammende Endothelzellen (ECs) in vorkollaterale Kapillaren rekrutiert werden, die sich arteriell umgestalten. Während der embryonalen Entwicklung erfolgt die Kollateralbildung durch Rekrutierung von ECs, während der Umbau nach einem Schlaganfall auf der Proliferation lokaler, arterieller ECs beruht. Ultrastrukturelle Analysen zeigen, dass Kollateral-ECs eine hohe Caveolardichte aufweisen, die nach einem Schlaganfall im Vergleich zu Arterien rasch abnimmt. Die Arbeit beschreibt verschiedene Prozesse, die die Bildung und den Umbau pialer Kollateralen fördern, und hebt die Bedeutung endothelialer Linien hervor. Diese Erkenntnisse betonen die Relevanz arteriellen Wachstums für die Wiederherstellung des Kreislaufs und den Bedarf an verbesserten Kollateraltherapien für Schlaganfälle. / The formation and maintenance of blood vessel networks are crucial for development, tissue growth, homeostasis, and regeneration. Vascular networks expand and remodel through a balance of endothelial cell migration and proliferation. While angiogenesis—the growth of new vessels from existing ones—is well-studied, arterial vessel formation remains less explored. Pial collateral vessels, a rare form of vascular redundancy in the central nervous system, connect cerebral arteries and provide protection during stroke by dilating to replace blocked arteries. Patients with better pial collateral flow show improved outcomes, underscoring the importance of understanding collateral formation and remodeling in stroke. This work investigates the cellular mechanisms underlying pial collateral formation and post-stroke remodeling. Using lineage tracing and high-resolution imaging of mouse pial vasculature, I show that pial collaterals primarily arise from migrating artery-derived cells, with a smaller contribution from plexus-derived cells. I identify a novel mechanism—mosaic colonization—where arterial and plexus endothelial cells (ECs) are recruited into pre-collateral capillaries, coinciding with arterialization. Embryonic collateral formation involves EC recruitment, while post-stroke remodeling relies on proliferation of local artery-derived ECs. Ultrastructural analysis reveals collateral ECs exhibit high caveolar density, which rapidly declines after stroke compared to arterial caveolae. Overall, this thesis delineates distinct processes driving pial collateral formation and remodeling, highlighting the key endothelial lineages. These findings emphasize the importance of arterial growth in restoring circulation and underscore the need for improved collateral therapeutics for stroke.