Vom Verhalten bis zur neurobiologischen Charakterisierung von Rsk2-defizienten Mäusen, einem Tiermodell für das Coffin-Lowry Syndrom

Coffin-Lowry syndrome is a rare syndromic form of X-linked mental retardation caused by heterogeneous loss-of-function mutations in the gene RPS6KA3 that encodes the RSK2 protein. Clinical features are delayed motor development, small height, progressive skeletal malformations and mental retardation. Rsk2 deficiency affects behavioral, cellular and molecular functions. To characterize and investigate how this deficiency affects these functions, we made a series of experiments using Rsk2-deficient mice as the animal model for Coffin-Lowry syndrome. We applied a battery of behavioral tests and included the use of the IntelliCage for the first time as a behavioral paradigm to study anxiety-like behavior and depression-like behavior in Rsk2-deficient mice. Results from the conventional behavioral tests and from the IntelliCage indicate that Rsk2-deficient mice may have an anti-anxiety and anti-depressive phenotype. We evaluated in Rsk2 deficient mice the relative gene expression of a set of genes coding for proteins related to RSK2 which are involved in fear memory, synaptic plasticity, neurogenesis, learning, emotional behavior and stress. We found gene expression alterations in the prefrontal cortex and striatum. These results suggest that RSK2 may be involved in the expression of the genes. RSK2 is known to be related to monoamine neurotransmitter function. We measured the levels of dopamine, serotonin and noradrenaline/norepinephrine and their metabolites in different brain regions of Rsk2-deficient mice. We found differences in the dopaminergic and noradrenergic systems suggesting an increased or decreased activity of these neurotransmission systems as a result of Rsk2 deficiency. Adult neurogenesis is a form of neuronal plasticity and a multi-step process of cell development. We explored if this form of neuronal plasticity was affected by Rsk2-deficiency. Our results indicate that adult hippocampal neurogenesis is not influenced by lifelong Rsk2 deficiency. It would be worth to analyze in the future other aspects of neuroplasticity. We have confirmed, that behavioral characteristics of Rsk2-deficient mice make them an interesting model to study the Coffin-Lowry syndrome by extending the behavioral characterization on the emotional level. Furthermore, we have extended the characterization of the model on a molecular level, opening new opportunities to study and understand the pathophysiological basis of the Coffin-Lowry syndrome.Das Coffin-Lowry Syndrom ist eine seltene syndromale Form X-gebunden vererbter geistiger Behinderung, verursacht durch heterogene loss of function Mutationen im RPS6KA3-Gen, welches für das RSK2-Protein kodiert. Klinische Charakteristika sind eine verzögerte motorische Entwicklung, eine geringe Körpergröße, fortschreitende Skelett- Malformationen und geistige Behinderung. Die Rsk2-Mutation hat einen Einfluss auf das Verhalten, auf zelluläre und molekulare Funktionen. Um zu charakterisieren und zu untersuchen, wie diese Defizienz diese Funktionen beeinflusst, führten wir eine Reihe von Experimenten durch und verwendeten Rsk2-defiziente Mäuse als Tiermodell für das Coffin-Lowry Syndrom. Wir wandten eine Reihe von Verhaltens-Tests an, einschließlich erstmals den IntelliCage als ein Verhaltensparadigma, um Angst-ähnliches und Depressions-ähnliches Verhalten in Rsk2-defizienten Mäusen zu untersuchen. Ergebnisse konventioneller Verhaltenstests und aus dem IntelliCage sprechen dafür, dass Rsk2-defiziente Mäuse einen „anti-ängstlichen“ und „anti-depressiven“ Phänotyp haben. Wir haben bei Rsk2-defizienten Mäusen die Expression einer Reihe von Genen untersucht, die für Proteine kodieren, die mit RSK2 in Zusammenhang stehen und darüber hinaus eine Bedeutung für das Angst-Gedächtnis, synaptische Plastizität, Neurogenese, Lernen, emotionales Verhalten und Stress haben. Im präfrontalen Kortex und Striatum konnten wir Genexpressionsunterschiede zwischen Rsk2-Wildtyp- und Knockout-Mäusen detektieren. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass RSK2 eine Rolle bei der Expression dieser Gene spielt. Es ist bekannt, dass RSK2 eine Rolle für die monoaminerge Neurotransmitter-Funktion spielt. Deshalb haben wir die Konzentration von Dopamin, Serotonin und Noradrenalin/Norepinephrin und ihrer Metaboliten in verschiedenen Gehirnregionen von Rsk2-defizienten Mäuse untersucht. Wir haben Unterschiede im dopaminergen und noradrenergen System gefunden, was auf eine gesteigerte oder verminderte Aktivität dieser Neurotransmittersysteme als Folge der Rsk2-Defizienz hinweist. Adulte Neurogenese ist eine Form neuronaler Plastizität und ein mehr-stufiger Prozess zellulärer Entwicklung. Unsere Untersuchungen der adulten Neurogenese im Hippocampus zeigten, dass sie nicht durch eine lebenslange Rsk2-Defizienz beeinflusst wird. In Zukunft wäre es jedoch sinnvoll, andere Aspekte der Neuroplastizität zu analysieren. Durch unsere Verhaltensstudien wurde die Charakterisierung der Rsk2-defizienten Mäuse vor allem im emotionalen Bereich stark erweitert, wodurch wir bestätigen konnten, dass diese Mauslinie ein interessantes Modell zur Untersuchung des Coffein-Lowry Syndroms ist. Darüber hinaus haben wir die Charakterisierung des Modells auf der molekularen Ebene erweitert und damit neue Möglichkeiten eröffnet, die pathophysiologische Grundlage des Coffin-Lowry Syndroms zu studieren