Wie werden Vorläuferzellen der Skelettmuskulatur im Mausembryo determiniert: Mechanismen der signalvermittelten Regulation des komplexen Mrf4/Myf5 Genlokus
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Entwicklung der Skelettmuskulatur imVertebratenembryo (Ausnahme Kopf) beginnt mit der Expression des myogenen Determinierungsfaktors Myf5, der Transkription kontrolliert und damit ein Zell-Lineage Programm zur Etablierung der Muskelvorläuferzellen in Gang setzt. Die Regulation des Raum-Zeitmusters der Myf5 Expression im Embryo ist komplex und involviert modulare Regulatorelemente, die sich über etwa 140 kb des Genlokus erstrecken. Das Gen für einen zweiten myogenen Faktor, Mrf4 ist auf demselben Chromosom weniger als 10kb entfernt. Mrf4 zeigt aber ein unterschiedliches Expressionsmuster zu Myf5 und verwendet daher vermutlich andere Regulatorelemente (Enhancer). Ziel dieses Forschungsprojekts war es, die Funktionsweise des -58kb oberhalb von Myf5 lokalisierten Limb-Enhancers verstehen zu lernen und die molekulare Basis für die selektive Aktivierung des Myf5 Promotors durch diesen und den EE-Enhancer (early epaxial enhancer) zu studieren. Zahlreiche Transgene und konditionale Geninaktivierungen in Mäusen haben folgendes gezeigt: 1. Der distale (-58kb) Limb-Enhancer aktiviert Myf5 Expression im weitaus größten Teil der myotomalen Muskeln und in den myogenen Vorläuferzellen der Extremitäten. 2. Ein konserviertes Homeo/Paired Domänen Bindungsmotiv ist absolut erforderlich und weitgehend ausreichend für die Limb-Enhanceraktivität. 3. Pax3 bindet möglicherweise an dieses Motiv und reguliert die Enhancer Aktivität. 4. Kanonische Wnt Signale (β-Catenin), trotz mehrerer Tcf/Lef Bindestellen, sind für die Aktivierung des Enhancers nicht notwendig. 5. Verlust von β-Catenin beeinträchtigt jedoch die Entwicklung insbesondere hypaxialer Muskeln. Pax7+ Muskelvorläuferzellen sind signifikant vermindert und oxidative Fasern sind zu Gunsten von schnellen glykolytischen Fasern reduziert. 6. Die selektive Aktivierung des Myf5 Promotors durch den Limb-Enhancer und EEE beruht auf repressiven Eigenschaften des Mrf4 Promotors und naher Sequenzen, die Enhancerinteraktion und Aktivierung relativ zum Myf5 Promotor vermindern. Diese negative Kontrolle stellt einen bisher nicht beschriebenen Mechanismus der Enhancer Regulation dar.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2007). A homeo-paired domain-binding motif directs Myf5 expression in progenitor cells of limb muscle. Development 134, 1171-80
Buchberger, A., Freitag, D. and Arnold, H. H.
