English Title: Effect of endogenous and exogenous FGF-2 on hippocampal neurogenesis

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Abstract

Die Literatur beschreibt den Fibroblasten-Wachstumsfaktor -2 (FGF-2) als einen wesentlichen Faktor der Regulation der Neurogenese. Die adulte Neurogenese findet hauptsächlich in der subventrikulären Zone der lateralen Ventrikel sowie der subgranulären Zone des Gyrus Dentatus (DG) statt. Die meisten Studien untersuchten den Einfluss von exogen appliziertem FGF-2 auf die Proliferation der Zellen. Wir waren daran interessiert, die Rolle des endogenen FGF-2 auf proliferierende, differenzierende und migrierende Zellen der Neurogenese im DG zu untersuchen. Durch immunhistochemische Untersuchungen mit Markern für proliferierende, differenzierende und migrierende Zellen im DG der FGF-2+/+ und der FGF-2-/- Mäuse konnten wir feststellen, dass das Fehlen des endogenen FGF-2 zu einer drastischen Reduktion der Neurogenese führt und eine Erhöhung des Zelltodes zur Folge hat. An hippokampalen Slices untersuchten wir, ob der Verlust des endogenen FGF-2 und die damit verbundene Reduktion der Neurogenese sowie der ansteigende Zelltod durch die akute Zugabe von exogenem FGF-2 kompensiert werden kann. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die akute Behandlung der FGF-2-/- Slices mit FGF-2 weder die Reduktion der Neurogenese noch die Erhöhung des Zelltodes kompensiert werden. Auch die akute Blockierung des endogenen FGF-2 mittels eines FGF-2 neutralisierenden Antikörpers zeigte keinen Einfluss auf die hippokampale Neurogenese, ein wichtiger Hinweis, dass der FGF-2-/- Phänotyp wahrscheinlich nicht auf einem akuten FGF-2-Mangel beruht, sondern wahrscheinlich komplexere Ursachen hat. Weiterhin wurde der Einfluss des Alterns sowie der Einfluss von FGF-2 im Alter auf die Neurogenese untersucht. Immunhistochemisch konnten wir zeigen, dass die Neurogenese im Alter noch statt findet, aber drastisch reduziert ist. Endogenes FGF-2 scheint im Alter weniger wichtig für die Neurogenese zu sein. Es wurden keine signifikanten Unterschiede in der Anzahl neurogenetischer Zellen im DG alter FGF-2+/+ und FGF-2-/- Mäuse beobachtet. Ein klinischer Aspekt dieser Arbeit war die Untersuchung des Zusammenhanges zwischen Depressionen und Neurogenese. Es ist bekannt, dass sich während der Depression das hippokampale Volumen und auch die Neurogenese verringert. Mittels immunhistochemischer Studien konnten wir die Reduktion der Neurogenese in bulbektomierten Mäusen (Depressionsmodel) bestätigen. Da Serotonin in die Regulation der Depression involviert sein soll und auch einen mitogenen Effekt auf die Neurogenese zu haben scheint, haben wir den Effekt der Antidepressiva Amitriptylin und Citalopram untersucht. Nach der Behandlung der bulbektomierten Tiere mit diesen Antidepressiva konnten wir immunhistochemisch keine Steigerung der Neurogenese beobachten. Da FGF-2, wie oben bereits beschrieben, die Neurogenese fördern soll, haben wir den Einfluss von FGF-2 auf die Neurogenese bulbektomierter Tiere untersucht. Die Applikation von FGF-2 in die Ventrikel bulbektomierter Tiere zeigte keinen signifikanten Effekt auf die Neurogenese. Zusammenfassend scheint FGF-2 ein bedeutender Faktor der Neurogenese zu sein, welcher weniger allein, sondern über die Involvierung in weitere Signalwege das Überleben der Zellen sowie deren Differenzierung und Migration fördert.

Translation of abstract (English)

The literature describes the Fibroblast-Growth-Factor-2 (FGF-2) as one of the fundamental factors that is involved in regulating neurogenesis. Adult neurogenesis is mainly restricted to two areas in the brain, the subventricular zone (SVZ) and the subgranular zone (SGZ) of the dentate gyrus (DG). Many studies have investigated the influence of FGF-2 on cell proliferation. However, we were interested in studying the role of endogenous FGF-2 on proliferating, differentiating as well as migrating neurogenic cells in the DG. By immunohistochemical markers we could show that the loss of endogenous FGF-2 leads to a decrease in differntiating cells and results in an increase of cell death. On the basis of organotypic hippocampal slices we were interested to investigate whether FGF-2 applied to slice cultures of FGF-2-/- mice could compensate for the reduction of neurogenesis and the increase in cell death. The results indicate that short-term treatment with FGF-2 was neither sufficient to compensate for the loss of FGF-2 nor able to prevent cell death seen in FGF-2-/- mice. Also the acute block of endogenous FGF-2 in FGF-2+/+ mice using FGF-2 neutralizing antibodies did not induce a decrease in adult hippocampal neurogenesis. Furthermore, we were interested in studying the influence of aging and FGF-2 in aged mice on hippocampal neurogenesis. By using immunohistochemical markers we found a dramatic decrease in neurogenesis during ageing. Endogenous FGF-2 seems to be less important for neurogenesis since we found no differences in the number of neurogenetic cells in the DG of aged FGF-2+/+ vs. FGF-2-/- mice. One clinical aspect of this work was to investigate a possible link between depression and hippocampal neurogenesis. From the literature it is known that during depression a decrease in hippocampal volume as well as neurogenesis occurs. By using bulbectomized mice, as a model for depression, we observed a decrease in neurogenesis. Given that serontonin seems to be involved in regulating depression but also acts as a mitogen on neurogenetic cells we investigated the effect of the antidepressants citalopram and amitriptylin on hippocamal neurogenesis. After treatment of bulbectomized mice with these antidepressants no significant increase in neurogenesis could be observed. Furthermore, we wanted to study the effect of FGF-2 on bulbectomized mice. The results show a slight increase of neurogenic cells in the DG of bulbectomized mice after FGF-2 treatment. In summary FGF-2 is an important factor which seems to regulate neurogenesis more by involvement in other signaling pathways, than by its own.