The Analysis of Ectopic Sox9 Expression during Different Times of Oligodendroglial Development in the Murine CNS

Language
en
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2023-05-08
Issue Year
2023
Authors
Hassel, Lisa
Editor
Abstract

Repair in the adult brain is often dependent on the reactivation of processes usually only active during development. In the case of demyelinating diseases such as multiple sclerosis, repair requires the generation of new oligodendrocytes and myelin by NG2 glia. While early postnatal NG2 glia proliferate and differentiate efficiently and endogenously express the transcription factor Sox9, adult NG2 glia are unable to maintain this efficient differentiation ability and do not express endogenous Sox9. Whether differences in Sox9 expression determine the differentiation efficiency of NG2 glia is the center of the research shown in this thesis. The current study examines whether ectopic Sox9 expression impacts the differentiation of NG2 glia at different stages of mouse development and in the adult. First, overexpressing Sox9 in prenatal NG2 glia results in an increase in the oligodendroglia population, more specifically in both the NG2 glia and the differentiating oligodendrocytes. Both an early boost in proliferative cells and a later increase in apoptotic cells was observed. Analysis of RNA sequencing from these mice shows that that the expression of genes associated with the ensheathment of axons and the positive regulation of myelination is upregulated while the expression of genes related to negative regulation of cell proliferation is decreased. Second, overexpressing Sox9 in early postnatal NG2 glia shows a transient decline in the oligodendroglial population in the white matter, with the NG2 glia population remaining stable but the pre-myelinating and differentiating oligodendrocytes displaying a reduction in overall numbers. Decreases in proliferation are evident in P7 and P14 mice in the corpus callosum while young juvenile mice exhibit an upturn in proliferative cells. Furthermore, the number of apoptotic cells in the younger mice is unaffected while the number of apoptotic, mature oligodendrocytes is increased in juvenile mice. Third, overexpressing Sox9 in adult NG2 glia results in more efficient maturation compared to controls. The cell numbers of total oligodendroglia, NG2 glia, and mature oligodendrocytes all remain unchanged. Overall, this study reveals that Sox9 overexpression at different time points of NG2 glia development and in the adult has different consequences for the NG2 glia and oligodendroglia populations and indicates a role for Sox9 in NG2 glia maturation. Uncovering Sox9 as a potential key regulator of NG2 glia differentiation opens the door to future therapies for demyelinating diseases.

Abstract

Reparaturprozesse im adulten Gehirn sind oft abhängig von der Reaktivierung von Abläufen, die normalerweise während der Entwicklung stattfinden. Bei demyelinisierenden Erkrankungen wie der Multiplen Sklerose erfordert dies die Bildung neuer Oligodendrozyten und neuen Myelins durch die NG2-Glia. Während früh postnatale NG2-Glia effizient proliferieren, differenzieren, und den Transkriptionsfaktor Sox9 exprimieren, sind adulte NG2-Glia nicht in der Lage, die Differenzierungsfähigkeit aufrechtzuerhalten, und besitzen kein Sox9. Ob die Sox9-Expression ein Schlüsselfaktor für die Differenzierungsfähigkeit der NG2-Glia ist, ist die zentrale Frage dieser Arbeit. Die vorliegende Studie untersucht, wie die Expression von Sox9 die Differenzierung von NG2-Glia in verschiedenen Stadien der Mausentwicklung und im Adulten beeinflusst. Die Überexpression von Sox9 in pränatalen NG2-Glia resultiert in einer Zunahme der oligodendroglialen Population, und zwar sowohl der NG2-Glia- als auch der differenzierenden Oligodendrozyten. Es wurde früh ein Anstieg der Proliferation und später ein erhöhter Zelltod beobachtet. Die Analyse von RNA-Sequenzierungen, bei denen Sox9 in pränatalen NG2-Glia überexprimiert wird, zeigt, dass die Expression von Genen, die mit der Ummantelung von Axonen und der positiven Regulierung der Myelinisierung verbunden sind, erhöht wird. Gene für die negative Regulierung der Zellproliferation werden herunterreguliert. Eine Überexpression von Sox9 in früh postnatalen NG2-Glia verursacht eine transiente Verringerung der oligodendroglialen Population, wobei die NG2-Glia-Population stabil blieb, die prä-myelinisierenden und differenzierenden Oligodendrozyten eine Reduktion aufwiesen. An P7 und P14 wurde eine erniedrigte Proliferation der NG2 Glia im Corpus callosum von Mäusen nachgewiesen, wohingegen juvenile Mäuse mehr proliferative Zellen zeigten. Die Zahl der apoptotischen Zellen in jüngeren Mäusen blieb unbeeinflusst, während in juvenilen Mäusen die Anzahl apoptotischer reifer Oligodendrozyten anstieg. Bei Überexpression von Sox9 in adulten NG2-Glia ergibt sich eine effizientere Reifung dieser Zellen. Die Zahl der Oligodendroglia, NG2-Glia und reifen Oligodendrozyten bleibt unverändert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Überexpression von Sox9 zu verschiedenen Zeitpunkten der NG2-Glia-Entwicklung und im Adulten unterschiedliche Konsequenzen für die NG2-Glia- und die Oligodendroglia-Populationen hat. Die Datenweisen aber auf eine Rolle von Sox9 bei der NG2-Glia-Reifung. Die Entdeckung von Sox9 als potenzieller Schlüsselregulator der NG2-Glia-Differenzierung eröffnet die Möglichkeit für zukünftige Therapieansätze zur Behandlung neurologischer demyelinisierender Erkrankungen.

DOI
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