Die kongenitale Toxoplasmose kann zu schwerwiegenden Folgen für einen Fötus führen. In dieser Dissertation wird erstmals ein geeignetes Tierversuchsmodell in Form des Meerschweinchens etabliert. Anhand dessen konnten die pathologischen Alterationen als eine Folge von einer durch den Parasiten verursachte Reduktion von Neuronen und neuralen Stammzellen zurückgeführt werden.

Einleitung: Innerhalb der Säugetiere ist ein Spektrum der entwicklungsgeschichtlichen Muster zur Geburt zwischen altrizial und präsozial bekannt. Nesthockende bzw. altriziale Arten bringen nach einer kurzen Trächtigkeit hilflose, unreife Jungtiere zur Welt. Nestflüchtende bzw. präsoziale Arten gebären nach einer langen Gestationsdauer gut entwickelte, reife Jungtiere. Vorläufige Daten deuten darauf hin, dass sich die Entwicklungsmuster des Neokortex zwischen nestflüchtenden und nesthockenden Spezies unterscheiden; ein detaillierter Vergleich der Gehirnentwicklung zwischen ihnen fehlt jedoch. Ziel der Untersuchungen: Ziel dieser Arbeit war es, die Muster der Gehirnentwicklung, insbesondere der Neokortex-Neurogenese und -Reifung, zwischen zwei Spezies desselben Taxons, dem nestflüchtenden Meerschweinchen vom Dunkin Hartley Stamm (DH) und dem nesthockenden Farbenzwerg (FZ)- Kaninchen , zu vergleichen und ein besseres Verständnis der Evolution von Altrizialität und Präsozialität bei Säugetieren zu ermöglichen. Tiere, Material und Methoden: In die Untersuchung gingen insgesamt 18 Gehirne von pränatalen DH und 19 Gehirne von prä- und postnatalen FZ ein. Das Alter der Tiere reichte vom Tag 15 bis Tag 60 post conceptionem (p. c.). Die Gehirne wurden in 4 % Paraformaldehyd fixiert und in Tissue-Tek eingebettet. Anschließend wurden vom Telencephalon 30 µm dicke Kryostatschnitte hergestellt. Die neuralen Vorläuferzellen (NPCs), postmitotischen Neurone sowie die charakteristischen Strukturen der Gliogenese und Neuronenreifung wurden mittels Immunhistochemie für die folgenden Marker untersucht: T-Box Gehirnprotein 1 (Tbr1) und 2 (Tbr2), gepaartes Box-Protein Pax6 (Pax6), Hu C/D- Protein (Hu C/D), Neurofilament H (NF), Mikrotubuli-assoziiertes Protein 2 (Map2), Basisches Myelinprotein (MBP), Synaptophysin und saures Gliafaserprotein (GFAP). Die Fluoreszenzbilder wurden mit dem konfokalen Laser-Scanning Mikroskop Leica SP8 aufgenommen und mit Fiji sowie Photoshop CS6 software (Adobe) prozessiert. Im Anschluss wurden die Zellen mit einem Fiji Multiclass Cell Counter plug-in quantifiziert und mit Prism ausgewertet. Die Summe der NPCs, sowie die Dicke der Kortikalplatte wurde von korrespondierenden Stadien der kortikalen Neurogenese (kN) des DH und des FZ mittels ungepaarten Student's t-Test statistisch ausgewertet, dabei wurden p-Werte unter 0,05 als signifikant angesehen. Die Untersuchungen wurden in Übereinstimmung mit dem deutschen Tierschutzgesetz durchgeführt und von der Landesdirektion Leipzig genehmigt (T 50/14, 48/16, 11/19). Ergebnisse: Zunächst wurde die kN der beiden Spezies untersucht. Der Beginn, der Höhepunkt und das Ende der kN wurden anhand des Auftretens Pax6-, Tbr2- und Tbr1 positiver Zellen festgestellt. Der FZ wies vom Tag 10/15 p. c. bis zum Tag 30/35 p. c. entsprechende NPCs auf, das DH hingegen vom Tag 20/25 p. c. bis zum Tag 40/50 p. c. Insgesamt zeigt das DH gemessen in p. c. Tagen also einen späteren Beginn und eine längere Dauer der kN. Das DH zeigte im Vergleich zum FZ zu Beginn der kN signifikant mehr Tbr2-positive/Pax6-negative NPCs und zum Ende signifikant mehr Pax6-positive/Tbr2-negative NPCs. Erstaunlich war, dass Unterschiede in den basalen Vorläuferzellen (BP)-Subtypen zwischen dem DH und dem FZ festgestellt wurden. Beim FZ wurde eine signifikant höhere Anzahl BPs gefunden, die Tbr2- und Pax6-positiv sind. Dies geht mit dem Ergebnis einher, dass auch die Anzahl der am Ende der kN generierten Neurone beim FZ höher ist als beim DH. Die Dicke der Kortikalplatte zum Ende der kN war hingegen beim DH signifikant dicker als beim FZ. Im zweiten Teil der Studie wurde die Gliogenese und Neuronenreifung der beiden Spezies untersucht. Hier konnten die Ergebnisse die grundlegende, den meisten Säugetieren gemeine, Abfolge des Auftretens der charakteristischen Strukturen für das DH und den FZ bestätigen. Der neurale Reifestatus zur Geburt zwischen den beiden untersuchten Spezies war deutlich unterschiedlich. Das DH verfügt im Gegensatz zum FZ zur Geburt bereits über Neurone mit gut entwickelten Dendriten und myelinisierte Axone sowie Astrozyten. Schlussfolgerungen: Die Studie liefert umfassende Daten zu den unterschiedlichen Mustern der Kortexentwicklung zwischen dem präsozialen DH und dem altrizialen FZ, die als empirische Referenzdaten in zukünftigen Studien dienen können und ein besseres Verständnis der Evolution von Altrizialität und Präsozialität bei Säugetieren ermöglichen. Während die grundsätzliche Reihenfolge der kortikalen Neuro- und Gliogenese und der Neuronenreifung während der Frühentwicklung in den untersuchten Spezies bestätigt wurde, unterscheidet sich ihr spezifischer Zeitpunkt in Bezug auf das p. c. Alter und den Zeitpunkt der Geburt deutlich. Interessanterweise deuten die Daten darauf hin, dass der Neokortex des FZ eine größere Menge an hochproliferativen BPs enthält als der des DH, was die Ursache für den höheren Neuronen-Output sein könnte. Der höhere Reifestatus des Neokortex des DH bei der Geburt ist ein Beleg für die Annahme, dass präsoziale Arten die morphologischen Voraussetzungen für ihren hohen Funktionszustand bei der Geburt erworben haben und dass die Gehirnexpansion bei ihren Neugeborenen größtenteils auf vorgeburtlich initiierte Prozesse der Gliogenese und Neuronendifferenzierung und nicht auf eine verstärkte Neurogenese zurückzuführen ist.:Inhalt Seite 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Aufbau und Entstehung des Neokortex 3 2.1.1 Makroskopisch- und mikroskopisch-anatomischer Aufbau des Großhirns, insbesondere des Neokortex 3 2.1.2 Nervenzelltypen und Gliazellen des Neokortex 7 2.1.3 Morphologische Entwicklung des Neokortex während der Embryonal- und Fetalperiode 9 2.1.4 Unterscheidung kortikaler Stammzellen 10 2.1.5 Pränatale Neurogenese des Neokortex 12 2.1.6 Migration der Neurone 15 2.1.7 Differenzierung und Reifung der Neurone 16 2.2 Altrizialität und Präsozialität 17 2.2.1 Grundlegende Merkmale altrizialer Spezies 17 2.2.2 Grundlegende Merkmale präsozialer Spezies 18 2.2.3 Unterschiede in der Gehirnentwicklung zwischen altrizialen und präsozialen Spezies 18 2.2.4 Indizes zur Differenzierung altrizialer und präsozialer Spezies 20 2.3 Der Farbenzwerg und das Meerschweinchen 22 2.3.1 Der Farbenzwerg 22 2.3.2 Das Meerschweinchen 25 2.3.3 Gemeinsamkeiten und Unterschiede 27 3 Publikationen 29 3.1 Stellungnahme zum Eigenanteil an den Arbeiten zur Publikation 1 29 3.1.1 Publikation 31 4 Diskussion 53 4.1 Beginn und Dauer der kortikale Neurogenese 53 4.2 Output der kortikalen Neurogenese 54 4.3 Neuronaler Reifezustand, IND und Nestflüchter-Score 57 4.4 Ausgewählte evolutionsbiologische Aspekte 60 5 Zusammenfassung 64 6 Summary 66 7 Literaturverzeichnis 68