Die genetische Kontrolle der Wirbelsäulenentwicklung: Die Funktion von Uncx4.1 in der anterior-posterioren Polarisierung der Somiten in der Maus
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das axiale Skelett der Wirbeltiere leitet sich von einem segmental organisierten embryonalen Gewebe, dem paraxialen Mesoderm ab. Die anterior-posteriore (AP) Polarisierung der metameren Einheiten des paraxialen Mesoderms, der Somiten, ist von entscheidender Bedeutung für die Organisation des peripheren Nervensystems und die Bildung der Wirbel. Diese Polarität wird im präsomirischen Mesoderm durch den Notch/Delta-Signalweg etabliert. Die genetische Kontrolle der Ausformung und der Aufrechterhaltung dieser Polarität war und ist jedoch ungenügend verstanden. Wir haben vor einigen Jahren gezeigt, dass das Homeobox-Gen Uncx4.I, das in den posterioren Somitenhälften bzw. im posterioren lateralen Sklerotom spezifisch exprimiert wird, für die Bildung von Pedikeln und proximalen Rippen gebraucht wird, während das T-Box-Gen TbxI 8, das komplementär in anterioren Somitenhälften exprimiert wird, die Bildung dieser Stmkturen im axialen Skelett verhindert. Im Rahmen des geförderten Antrags wollten wir die funktionelle Bedeutung des Zusammenwirkens von Uncx4.I und TbxI 8 in der somitischen AP-Polarisierung durch Analyse einer Uncx4.I/TbxI8-doppelmutanten Maus analysieren. Uncx4.1 und TbxI 8 reprimieren sich gegenseitig, wobei die verzögerte Derepression von Uncx4.I in der TbxI 8- Mutante auf einen indirekten Mechanismus schließen lässt. Im Gegensatz zu den Einzelmutanten weist die Doppelmutante ein normales metameres Muster von Pedikeln und proximalen Rippen auf, was auf eine gegenseitige "Aufhebung" der schweren Einzelphänotypen hindeutet. Eine genauere histologische und molekulare Charakterisierung erbrachte, dass in der Doppelmutante eine metamere Abfolge von anterioren und posterioren Somitenkompartimenten etabliert wurde, dieses Muster jedoch im Vergleich zum Zelldichtenmuster um eine halbe Somitenlänge verschoben ist. Die Spinalnerven liefen genau durch die Mitte der Somiten. Es ergibt sich somit eine Entkoppelung des Zeilkondensationsmusters, der Projektion der Spinalnerven und der Anordnung der Skierotoms und Myotoms. Zusammen deutet dies darauf hin, dass Uncx4.1 und TbxI 8 die korrekte Resegmentierung von Somiten in Wirbel und die Phasenbeziehung von Muskel- und Knorpelelementen regulieren. Unsere weitergehende Analyse von Uncx4.I-mutanten Mäusen zeigte, dass Uncx4.I auch eine wichtige Rolle in der Nierenbildung spielt, Uncx4.I-mutante Nieren weisen kleinere und weniger Nephrone auf, die zusätzlich einen glomerulären Defekt haben. Uncx4.I Expression im kondensierenden metanephrischen Mesenchym lässt somit wiederum eine Rolle "downstream" des Notch/Delta-Signalwegs vermuten. TbxI 8 wird in diesem embryologischen Kontext nicht durch Uncx4.I reguliert. Das Gen besitzt jedoch eine sehr wichtige Funktion in der Aggregation und Differenzierung des dem Uncx4.I-exprimierenden metanephrischen Mesenchym ursprünglich benachbarten Uretermesenchym. Uncx4.I kodiert ein konstitutiv nukleares Protein, das an typische Erkennungsstellen von Homeoboxproteinen bindet. Diese Bindung vermittelt sehr wahrscheinlich Repression von Zielgenen, wobei diese durch Bindung des Co-Repressors Groucho vermittelt werden könnte. Unsere Arbeiten haben somit einen wichtigen Beitrag zur Analyse der Somitogenese und der Bildung des axialen Skeletts in der Maus, und der Rolle von Uncx4.1 und T-Boxgenen in Somitogenese, Nieren- und Skelettbildung geliefert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2004). The T-box transcription factor Tbx18 maintains the separation of anterior and posterior somite compartments. Genes Dev. 18, 1209-1221
Bussen, M., Petry, M., Schuster-Gossler, K., Leitges, M., Gossler, A., Kispert, A.
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(2006). Tbx18 regulates the development of the ureteral mesenchyme. J.Clin. Invest. 116,663-674
Airik, R., Bussen, M., Singh, M.K., Petry, M., Kispert, A.
