Tiermodelle zur funktionellen Analyse des Leri-Weill und Turner Syndrom Genes SHOX
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Leri-Weill- und Turner-Syndrom sind genetisch bedingte Kleinwuchsformen, die durch eine Haploinsuffizienz des SHOX-Gens erklärt werden können. Zur Charakterisierung der molekularen Pathomechanismen dieser Erkrankungen wurden im Rahmen dieser Förderung Tiermodell-basierte Studien durchgeführt. Dazu wurden Studien in Hühnerembryonen, in frühen Entwicklungsstadien des Krallenfrosches und in verschiedenen Stadien der Entwicklung eines transgenen Mausmodells durchgeführt. Durch die Untersuchungen am Huhn konnte gezeigt werden, dass es auch im 5'-Bereich des SHOX-Gens Enhancer-Regionen gibt, die eine Aktivität während der Gliedmaßenentwicklung zeigen. Der Krallenfrosch als Tiermodell diente dazu, frühe regulatorische Effekte der SHOX-Überexpression auf die Entwicklung des Embryos zu belegen. Im zentralen Fokus des Antrags stand die Charakterisierung des transgenen Mausmodells bezüglich der Knochenentwicklung, die durch Expressionsstudien, morphologische Vermessungen und histologische Färbungen untersucht wurden. Trotz einer Expression des Transgens in den sich entwickelnden embryonalen Gliedmaßen wurde keine äußerlich sichtbare signifikante Auffälligkeit zwischen den verschiedenen Gruppen während der frühen Knochenentwicklung festgestellt. Auch in den späteren embryonalen und postnatalen Stadien wurde durch eine Vielzahl an Experimenten an einer großen Zahl von Versuchstieren kein signifikanter Phänotyp in der Knochenmorphologie der transgenen Tiere identifiziert. Auch die anfänglich beobachteten Effekte in der Knochenlänge der transgenen Tiere konnte zwar in einzelnen Tieren gesehen werden, aber nach einer systematischen Evaluation aller untersuchten Tiere nicht bestätigt werden. Wir gehen deshalb davon aus, dass die Expression des Transgens für die Ausbildung eines Phänotyps zu schwach ist oder entsprechend notwendige Kofaktoren fehlen. Zudem konnte beobachtet werden, dass mit fortschreitender embryonaler Entwicklung die Expression des Transgens entsprechend der Col2a1-Dynamik zunehmend schwächer wird und bereits ab E 16.5 nur schwer detektierbar ist. Ein weiterer attraktiver Ansatz zur Charakterisierung der Funktion von SHOX während der Knochenentwicklung im Tiermodell Maus stellte die Einkreuzung der transgenen Mauslinie in eine konditionale Shox2-knock out Linie dar. Die Shox2-deletierten Mäuse sind durch einen Kleinwuchs geprägt, in dem die oberen Extremitätenbereiche extrem verkürzt sind. Eine zusätzliche ektopische Expression des SHOX-Transgens in diesen Tieren sollte zeigen, ob die Verkürzung der Gliedmaßen durch SHOX gemildert oder sogar revertiert werden kann. Aufgrund unvorhersehbarer notwendiger Strategieänderungen und Verpaarungsschwierigkeiten konnte dieses phänotypische Rettungsexperiment derzeit noch nicht abgeschlossen werden und ist zurzeit Gegenstand unserer Forschungen. Mit Hilfe von Mikroarray-Studien am transgenen Tiermodell konnten Kandidatengene von SHOX während der embryonalen Knochenentwicklung identifiziert werden, welche derzeit in unserer Gruppe untersucht werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2006). Expression of the Short Stature Homeobox Gene Shox Is Restrtcted by Proximal and Distal Signals in Chick Limb Buds and Affects the Length of Skeletal Elements. Dev Biol 298(2): 585-96
Tiecke, E, Bangs, F, Blaschke, R, Farrell, ER, Rappold, G and Tickle, C
- (2007). Long-range conserved noncoding SHOX sequences regulate expression in developing chicken limb and are associated with short stature phenotypes in human patients. Hum Mol Genet, 16(2):210-222
Sabherwal N, Bangs F, Roth R, Weiss B, Jantz K, Hinkel GK, Spaich C, Hauffa BP, Kant SG, Kapeller J, Tiecke E, Tickle C, Rappold G
- (2010). Enhancer elements upstream of the SHOX gene are active in the developing limb. Eur J Hum Genet 18, 527-32
Durand C, Bangs F, Signolet J, Decker E, Tickle C, Rappold G
- (2011). FGFR3 is a target of the homeobox transcription factor SHOX in limb development. Hum Mol Genet, Feb 8
Decker E, Durand C, Bender S, Rodelsperger C, Glaser A, Hecht J, Schneider KU, Rappold G
