Quantitative analysis of gene expression in the respiratoric network of Rett syndrome mousemodells

Das Rett-Syndrom, das vorzugsweise das weibliche Geschlecht betrifft, ist eine tiefgreifende Entwicklungsstörung. Zu den klinischen Charakteristika der Rett-Erkrankung zählen unter anderem autistische Verhaltensweisen, epileptische Anfälle, Bewegungsstereotypien in Form typischer waschender und knetender Handbewegungen, mentale Retardierung, der Verlust bereits erlernter Fähigkeiten und respiratorische Dysfunktionen. Das Rett-Syndrom wird durch Mutationen im MECP2-Gen hervorgerufen. Sowohl der Verlust als auch die Duplikation des MECP2-Gens bewirken eine Rett-Symptomatik beziehungsweise eine, die ähnlich der Rett-Symptomatik ist. Das sich auf dem X-Chromosom befindende MECP2-Gen kodiert für den Transkriptionsfaktor MeCP2 (Methyl CpG-Bindungsprotein 2), der an symmetrisch methylierte CpG-Inseln bindet. MeCP2 fungiert sowohl als Transkriptionssuppressor als auch -aktivator. Bisher bekannte Zielgene von MeCP2 sind Bdnf und Dlx5. Die vorliegende Arbeit diente der Suche nach weiteren Zielgenen und deren Regulation durch MeCP2. Den oben genannten Atemunregelmäßigkeiten ähnelt der respiratorische Phänotyp (Apnoephasen, prolongierte Postinspiration, irregulärer Atemrhythmus) von Mecp2-Knockout-Mäusen im Entwicklungsstadium P40 (postnatal 40 Tage alt). Im früheren Entwicklungsstadium P7 (postnatal 7 Tage alt) zeigt sich bei Mecp2-Knockout-Mäusen eine Dysbalance der exzitatorischen und inhibitorischen Transmission, welche unter anderem für die Rett-Symptomatik (wie zum Beispiel Atemdysfunktionen) bei Menschen mit verantwortlich sein soll. Als Ort der Rhythmogenese der Atmung wird der Prä-Bötzinger-Komplex (preBotC) angesehen. Aufgrund dessen wurden die durchgeführten Untersuchungen an RNA-Extraktionen aus dem preBotC von Mecp2-Knockout- und transgenen Mäusen in den Entwicklungsstadien P7 und P40 vorgenommen. Das transgene Mausmodell wurde mit einer zusätzlichen Kopie des Mecp2-Gens generiert, in Anlehnung an das Wissen, dass auch eine Duplikation des MECP2-Gens eine dem Rett-Syndrom ähnliche Symptomatik hervorruft. Mittels quantitativer Polymerasekettenreaktion wurden die relativen RNA-Expressionen von potentiellen Zielgenen des Transkriptionsfaktors MeCP2 bei fehlendem (Knockout-Mausmodell) beziehungsweise überexprimiertem MeCP2 (transgenes Mausmodell) bestimmt. Hierbei ergaben sich Hinweise, dass MeCP2 als Suppressor auf Grin1 (P7), Grin2a (P7), Gabrb1 (P7), Tph2 (P7), Ddc (P40), Slc6a4 (P7), Htr4 (P7) und als Aktivator auf Grin2d (P7), Drd4 (P7), Oprm1 (P40) wirken könnte. Sehr starke Evidenzen weisen daraufhin, dass Htr5b und Foxp2 ebenfalls Zielgene von MeCP2 sind und dass MeCP2 supprimierend auf deren Expression wirkt. Um die Zusammenhänge zwischen MeCP2 und seinen Zielgenen und damit auch die Pathogenese des Rett-Syndroms genauer verstehen zu können, sind jedoch noch weitere Forschungen nötig.Rett syndrome is a severe neurodevelopmental disease that affects especially girls. The clinical characteristics are autistic behaviour, seizures, stereotypical movements like washing hands, mentale retardation, loss of already acquired skills and respiratory dysfunctions. Rett syndrome is caused by mutations in the gene MECP2. MECP2 loss as well as the duplication of the gene causes a Rett symptomatology or rather a Rett-like symptomatology. MECP2 is located on the X chromosome and encodes the transcription factor MeCP2 (methyl-CpG-binding protein-2) that binds methylated DNA. MeCP2 acts as a transcriptional repressor as well as a transcriptional activator. Bdnf and Dlx5 are already known as targets of MeCP2. The purpose of this dissertation is to show potential new targets and their regulation by MeCP2. The respiratory phenotype (apnoea, prolongated postinspiration, breathing irregulations) of Mecp2 knockout mice P40 (postnatal 40 days old) is related to respiratory dysfunctions of Rett patients. The early developmental stage of P7 (postnatal 7 days old) shows a dysbalance of excitation and inhibition in Mecp2 knockout mice which should be responsible for the Rett symptomatology such as respiratory dysfunctions. Rhythm-generating respiratory neurons are localised in the Pre-Boetzinger complex (preBotC) of the brainstem. Therefore RNA extractions of preBotC were analysed from Mecp2 knockout mice and transgenic mice with the age of P7 and P40. The transgenic model was generated with an additional copy of the gene Mecp2, because it is already known that a gene duplication causes a symptomatology similar to the Rett syndrome. Relative RNA expressions of potential targets of MeCP2 were analysed by quantitative polymerase chain reaction in case of missing (knockout mice) and overexpressing MeCP2 (transgenic mice). These results suggest that MeCP2 could act as a repressor of Grin1 (P7), Grin2a (P7), Gabrb1 (P7), Tph2 (P7), Ddc (P40), Slc6a4 (P7), Htr4 (P7) and as an activator of Grin2d (P7), Drd4 (P7), Oprm1 (P40). S trong evidences suggest that Htr5b and Foxp2 could also be targets of MeCP2 and that this results in a repressing expression of RNA. To fully understand the correlation of MeCP2 and its targets, especially the pathogenesis of Rett syndrome, other researches must be done