Das Phänomen der adulten Neurogenese existiert auch bei Säugetieren während der gesamten Ontogenese. In den letzten Jahren wurden viele physiologische und pathologische Faktoren bestimmt, die einen Einfluss auf die adulte Neurogenese haben. Ein bedeutender Einfluss auf die adulte Neurogenese übt dabei der 5-HT-Spiegel aus. 5-HT reguliert nicht nur während der embryonalen Entwicklung die Zellproliferation, Migration und Differenzierung, sondern ist auch ein wichtiger Faktor bei der adulten Neurogenese. Dabei wirkt 5-HT über den 5-HT1A-Rezeptor positiv auf die Stammzellproliferation und die adulte Neurogenese. Durch eine Therapie mit Antidepressiva kommt es ebenfalls zu einer 5-HT-Erhöhung im Extrazellularraum, dessen anregende Wirkung auf die Proliferation adulter Stammzellen im Gehirn nachgewiesen werden konnte. Darüber hinaus spielt 5-HT auch eine große Rolle bei neurophysiologischen Vorgängen im ZNS, die im Zusammenhang mit Emotionen, Lernen und Motorik stehen. Eine wichtige Grundlage der Depressionsforschung ist die Monoamin-Mangel-Hypothese, welche niedrige 5-HT-Spiegel als Ursache der Depression ansieht. In dieser Arbeit sollte der Einfluss eines existenten lebenslang erhöhten extrazellulären 5-HT-Spiegel auf die Neurogenese und vor allem auf die Differenzierungsrichtung neu gebildeter Zellen untersucht werden. Als Modell wurde eine transgene Mauslinie verwendet, bei der durch Knockout des 5-HTT ein permanent erhöhter extrazellulärer 5-HT-Spiegel vorliegt. Die Stammzellproliferation konnte eindeutig durch eine Markierung sich teilender Zellen mit BrdU nachgewiesen werden. Kolokalisationsstudien mit Hilfe von Immunofluoreszenzfärbungen und der anschließenden Darstellung mit dem Konfokalen Lasermikroskop konnten die Neubildung von Neuronen und Gliazellen und deren Migration an ihren funktionellen Ort darstellen. Es konnte kein signifikanter Unterschied in der Anzahl von im Hippocampus neu gebildeten Neuronen und Astrozyten zwischen Wildtyp- und 5-HTT-KO-Mäusen nachgewiesen werden. Auch die Lokalisation der neu entstandenen und 48 Tage nach BrdU-Applikation nachgewiesenen Zellen war bei den Wildtyp- und 5-HTT-KO-Tieren annähernd gleich. Die überwiegende Zahl mit 70% befand sich in der SGZ, 10 - 15% waren in der KZS lokalisiert und ein kleiner Teil befand sich im Hilus. Wir sind erst am Anfang des Verständnisses der exakten molekularen Mechanismen in der neuroendokrinen Interaktion zwischen Neuronen und deren Transmitter, vor allem dem an zentraler Stelle stehenden 5-HT. Neue Techniken, die nicht nur die morphologische, sondern auch die funktionelle Darstellung der neuronalen und neurophysiologische Tätigkeit liefern, werden in Zukunft neue Erkenntnisse bringen. / Serotonin (5-HT) is a regulator of morphogenetic activities during early brain development and neurogenesis, including cell proliferation, migration, differentiation, and synaptogenesis. The 5-HT transporter (5-HTT) mediates high-affinity reuptake of 5-HT into presynaptic terminals and thereby fine-tunes serotonergic neurotransmission. Inactivation of the 5-HTT gene in mice reduces 5-HT clearance resulting in persistently increased concentrations of synaptic 5-HT. In the present study the effects of elevated 5-HT levels on adult neurogenesis and the differentiation of the newborn cells in the hippocampus of 5-HTT deficient mice was investigated. Using an in vivo approach with BrDU and immunofluorescent technics and using a confocal laser microscope, we did not reveal significant changes in the survival of newborn cells in wildtype or 5-HTT knockout mice. We showed that the cellular fate of newly generated cells in 5-HTT knockout mice is not different with respect to the total number and percentage of neurons or glial cells from wildtype controls. Our findings indicate that elevated synaptic 5-HT concentration throughout early development and later life of 5-HTT deficient mice does not induce adult neurogenesis or change the cellular fate in adult mice.

In dieser Arbeit wurde mit Hilfe der Ergebnisse der Basisuntersuchung der VITA-Studie untersucht, ob der Längenpolymorphismus des Serotonin Transporters einen Einfluss auf die Entstehung einer Depression im Alter oder einer Demenz hat. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Assoziation zwischen dem 5-HTTLPR und einer Depression besteht. Ein Zusammenhang zwischen dem 5-HTTLPR und einer Demenzerkrankung konnte jedoch nicht nachgewiesen werden. / In this work we analysed with the data from the baseline of the VITA-study if there is any association of the serotonin transporter polymorphism in depression or dementia.The results revealed a correlation between 5-HTTLPR and depressions in old age but not in dementia.

Chronischer Stress hat negative Folgen, die sich im Verhalten und auf neuronaler Ebene äußern können. Als besonders stressempfindlich gelten die Neurone der dritten Region des hippocampalen Ammonshorns CA3. Sie reagieren auch im bereits ausgereiften Zustand noch sehr sensibel auf äußere Einflüsse, was als neuronale Plastizität bezeichnet wird. Sie erfahren unter anderem durch Stress und Serotonin morphologische und funktionelle Veränderungen. Serotonin-Transporter wahren das Serotonin-Gleichgewicht, indem sie dessen Wirkung schließlich durch Wiederaufnahme in die Zellen beenden. Polymorphismen, also verschiedene Gen-Varianten, bedingen Unterschiede in der Zahl der verfügbaren Transporter. Dieses Wechselspiel zwischen Gen-Varianten des Serotonin-Transporters und Stress wurde an Serotonin-Transporter-Knockout-Mäusen untersucht. Einige Mäuse erfuhren bereits früh im Leben Stress, der entweder anhielt oder im späteren Leben positiven Erfahrungen wich; weitere Mäuse hingegen machten in frühen Lebensabschnitten positive Erfahrungen, die sich später entweder fortsetzten oder durch Stresserfahrungen ersetzt wurden. Nach Durchführung von Verhaltenstests wurde zudem in deren Golgi-imprägnierten Gehirnen die Morphologie der Apikaldendriten von CA3-Kurzschaft-Pyramidenzellen lichtmikroskopisch untersucht und in 3D-Computermodellen abgebildet. Aufgrund regionaler Eigenheiten innerhalb von CA3 wurden diese Neurone verschiedenen Subpopulationen zugeordnet. Tatsächlich konnten mithilfe der Kombination aus vier verschiedenen Lebensgeschichten und drei unterschiedlichen Serotonin-Transporter-Genotypen Unterschiede in der Morphologie der CA3-Pyramidenzellen zwischen den einzelnen Gruppen festgestellt werden. Ohne Stresserleben zeigten sich die Neurone meist signifikant verzweigter; nach Stresserleben zeigten sich, zumindest in einer bestimmten Subpopulation, signifikante Verminderungen der Spines. Mäuse mit zwei oder einem wildtypischen Serotonin-Transporter-Allel und ausschließlich späten aversiven Erfahrungen hatten signifikant längere Apikaldendriten als die Referenz mit zwei wildtypischen Allelen und ohne Stresserfahrung; homozygot Serotonin-Transporter-defiziente Mäuse der gleichen Lebensgeschichte hatten zur Referenz signifikant verkürzte Apikaldendriten. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass Stress in Verbindung mit genetisch bedingt geringen Mengen des Serotonin-Transporters durchaus eine erhöhte Vulnerabilität für psychische Erkrankungen bedingen könnte, aber dass ausschließlich späte Stresserfahrungen bei höheren Mengen des Serotonin-Transporters auch protektiv wirken könnten. / Chronic stress has a negative impact on behavior and neuronal networks. The neurons of Cornu ammonis sector 3 (CA3) of the hippocampus are shown to be very susceptible to stress. Even when mature, they still react sensitively to their environment, which is called neuronal plasticity. Stress and serotonin tend to influence the neurons morphologically as well as functionally. Serotonin transporters preserve the serotonin homeostasis by terminating the serotonergic effects on respective receptors through reuptake into the surrounding cells. Polymorphisms, several variants of the human serotonin transporter gene, account for differences in the numbers of available serotonin transporters. This interplay between variants of the serotonin transporter gene and stress has been investigated by using the animal model of serotonin transporter knockout mice. Life history of some of these mice started with stressful events that either persisted or was replaced by positive experiences in their later life; the other mice had a pleasant early life that in their late phase of life either went on or was interrupted and henceforth contained stressful incidents. Behavioral tests took place. Afterwards, the Golgi impregnated mouse brains were light microscopically studied for the morphology of the apical dendrites of CA3 short shaft pyramidal cells, which were then transferred into digital 3D models. Due to regional differences in CA3 associated with a large variance in the morphology of these neurons located there, investigated neurons were subdivided into various subpopulations. With the combination of four different life histories and three different serotonin transporter genotypes, differences in the morphology of the CA3 pyramidal cells between the individual groups could be determined. Without the experience of stress, the neurons mostly had significantly more nodes; after stress, the spines were shown to be significantly reduced in at least one of the subpopulations. Mice with two or one wildtype serotonin transporter allele and experiencing only late aversive events had significantly longer apical dendrites than the reference with two wildtype alleles and experiencing no stress at all; homozygous serotonin transporter knockout mice of the same life history had significantly shorter apical dendrites compared to the reference. According to these findings, it can be supposed that stress in conjunction with genetically caused low amounts of the serotonin transporter can indeed increase the vulnerability for psychological disorders but that only late experiences of stress in combination with higher amounts of the serotonin transporter could also have a protective effect.

München, Techn. University, Diss., 2007.

In dieser Arbeit wurde der Einfluss sozialer Stresserfahrung sowie des 5-Htt-Genotyps auf die neuronale Morphologie bestimmter Hirnregionen anhand eines Mausmodells untersucht. Es wurde in mit Golgi-Cox gefärbten Gehirnen der 5-HTT-KO-Linie in der lateralen Amygdala (LA) die Apikal- und Basaldendriten pyramidenzellähnlicher Neurone und die Apikaldendriten der Pyramidenzellen der Cornu ammonis (CA)3-Region des Hippocampus mithilfe des Neurolucidasystems rekonstruiert und die so gewonnenen Daten anschließend statistisch ausgewertet. Die erzielten Ergebnisse belegen, dass vor allem die Erfahrung von sozialem Verteidigungsstress aber auch der 5-Htt-Genotyp (WT, HET, KO) im Mausmodell signifikanten Einfluss auf die Morphologie der Neurone der LA und der CA3-Region besitzen. Um die in dieser Arbeit mit allen drei 5-Htt-Genotypen erzielten Ergebnisse der LA-Neurone besser mit den Ergebnissen von Nietzer und Bonn (nur WT, KO) vergleichen zu können (Nietzer et al., 2011), wurden die von mir erhobenen Daten nicht nur in einem 3er-Vergleich, sondern auch einem 2er-Vergleich (WT vs. KO) statistisch analysiert. Untersuchungen der LA-Neurone aller drei 5-Htt-Genotypen zeigen, dass sozialer Stress zu einer Zunahme der Komplexität der Dendritenbäume durch längere und auch stärker verzweigte Dendriten vor allem in der Gruppe der WT-Mäuse führt. HET- und KO-Mäuse zeigten keinen entsprechenden Stress-Effekt. Darüber hinaus zeigten sich deutliche Genotypeffekte. Unabhängig vom Stresserleben besitzen HET-Mäuse längere Dendriten als WT-Mäuse sowie eine höhere Spinedichte als WT- und KO-Mäuse. Die Hypothese, die in der Arbeit von Nietzer et al. aufgestellt wurde, dass eine vollständige 5-HTT-Defizienz zu mehr Spines führt, ließ sich hier weder durch den 3er- noch durch den 2er-Vergleich replizieren. Die Pyramidenzellen der CA3-Region, die in dieser Studie zum ersten Mal analysiert wurden, zeigen in Bezug auf die durch den Stress ausgelösten Veränderungen ein im Vergleich zu den LA-Neuronen entgegengesetzten Effekt. Der soziale Stress führt hier zu einer Dendritenatrophie in der WT-Gruppe mit kürzeren und weniger komplexen Dendriten. Außerdem führte er zu einer geringeren Spinedichte bei den HET-Mäusen. Es zeigten sich klare Genotypeffekte, unabhängig von der Stresserfahrung, mit einer reduzierten Spinedichte der KO-Mäuse gegenüber den WT-Mäusen und einer nur in den Kontrollen detektierten, reduzierten Spinedichte der KO-Mäuse im Vergleich zu den WT- und HET-Mäusen. Sowohl in der LA als auch in der CA3-Region lassen sich Kompensationsmechanismen des 5-HTT-Defizits der HET-Tiere vermuten, über die die KO-Tiere nicht verfügen. Die in LA und CA3 gezeigten gegensätzlichen Auswirkungen des sozialen Stresses weisen auf die unterschiedlichen Funktionen dieser beiden Regionen im Furchtkreislauf und/oder bei der Verarbeitung von Stress hin. Darüber hinaus deutet diese Arbeit darauf hin, dass Arbeiten mit ähnlichen Untersuchungsmethoden und sogar gleichem Untersuchungsmaterial unterschiedliche Ergebnisse liefern können. / In this study, the influence of social stress experience and the 5-Htt genotype on the neuronal morphology of certain brain regions was investigated using a mouse model. The apical and basal dendrites of pyramidal cell-like neurons and the apical dendrites of the pyramidal cells of the cornu ammonis (CA)3 region of the hippocampus were reconstructed in Golgi-Cox-stained brains of the 5-HTT-KO line in the lateral amygdala (LA) using the neurolucida system and the data obtained was then statistically analyzed. The results obtained show that especially the experience of social defense stress but also the 5-Htt genotype (WT, HET, KO) have a significant influence on the morphology of the neurons of the LA and the CA3 region in the mouse model. In order to better compare the results of the LA neurons obtained in this study with all three 5-Htt genotypes with the results of Nietzer and Bonn (WT, KO only) (Nietzer et al., 2011), the data collected by me were statistically analyzed not only in a 3-way comparison, but also in a 2-way comparison (WT vs. KO). Investigations of the LA neurons of all three 5-Htt genotypes show that social stress leads to an increase in the complexity of the dendrite trees due to longer and also more branched dendrites, especially in the group of WT mice. HET and KO mice showed no corresponding stress effect. In addition, there were clear genotype effects. Regardless of the stress experience, HET mice have longer dendrites than WT mice and a higher spin density than WT and KO mice. The hypothesis put forward in the work of Nietzer et al. that complete 5-HTT deficiency leads to more spines could not be replicated here by either the 3-way or 2-way comparison. The pyramidal cells of the CA3 region, which were analyzed for the first time in this study, show an opposite effect compared to the LA neurons with regard to the changes triggered by stress. Here, social stress leads to dendrite atrophy in the WT group with shorter and less complex dendrites. It also led to a lower spin density in the HET mice. There were clear genotype effects, independent of the stress experience, with a reduced spin density in the KO mice compared to the WT mice and a reduced spin density in the KO mice compared to the WT and HET mice, which was only detected in the controls. Compensatory mechanisms for the 5-HTT deficit in the HET animals, which the KO animals do not have, can be assumed in both the LA and the CA3 region. The contrasting effects of social stress shown in LA and CA3 indicate the different functions of these two regions in the fear circuit and/or in the processing of stress. Furthermore, this work suggests that studies using similar research methods and even the same research material may yield different results.