Funktionsanalyse des Irx1-Gens

Abstract

Das Entwicklungskontrollgen Irx1 gehört zur murinen Iroquois-Genfamilie. Diese umfaßt sechs Familienmitglieder, welche in zwei Tandemstrukturen im Genom organisiert sind. Irx1 zeichnet sich durch eine konservierte Homeo- und eine Iro-Box aus. Die Homeobox stellt ein klassisches DNA-Bindungsmotiv dar, wohingegen die Iro-Box für ein neues Protein-Protein-Bindungsmotiv kodiert. Das Gen Irx1 zeigt ein spezifisches räumliches und zeitliches Expressionsmuster. Irx1-Expression läßt sich im Embryo ab dem Stadium E6,5 und nach der Geburt nachweisen. Im prägastrulären Embryo ist Irx1 im extraembryonalen Ektoderm exprimiert und diese Expression verändert sich im Laufe der Gastrulation, so daß an deren Ende das embryonale Mesoderm und der Primitivknoten Irx1-Aktivität aufweisen. Während der Entwicklung zeigt Irx1 eine spezifische Expression sowohl während der Bildung des zentralen Nervensystems als auch während der embryonalen Lungen- und Extremitätenentwicklung. Dabei stellt Irx1 einen exzellenten Marker für die Entwicklung der Phalangen dar. Die Analyse der Expression von Irx1 während der Fingerentwicklung wurde im Vergleich zu Irx2 und den Gli-Genen, als potentielle Regulatorgene, durchgführt. Für die Analyse der Funktion des Irx1-Gens in der späteren embryonalen Entwicklung wurden die potentiell evolutiv konservierten Regulationspartner untersucht. Die Analyse der Gli1- und Gli2-Mausmutanten konnte eine Interaktion mit Irx1 zeigen, was auf eine konservierte Regulatorfunktion hindeutet. Die in vitro-Analyse eines potentiellen Zielgens von Irx1 ergab, daß keine Aktivierung des Mash1-Promotors vorliegt. Die Regulation Gli-Irx-Mash ist in der Maus nur teilweise evolutiv erhalten geblieben, so sind die Interaktionspartner der regulativen Kaskade identisch, aber nicht die funktionelle Ausprägung. Die Funktion von Irx1 wurde durch eine gezielte Inaktivierung des Gens über homologe Rekombination in ES-Zellen untersucht. Irx1-defiziente Embryonen sterben embryonal und letzte Reste mutanter Embryonen sind maximal bis zum Stadium E10,5 zu erkennen. Irx1-defiziente Embryonen weisen eine vermehrte Bildung an mesodermal erscheinenden Zellen im extraembryonalen Bereich auf. Dies führt dazu, daß die extraembryonalen Höhlen sich nicht ausbilden, sondern mit Zellen angefüllt sind. Es konnten Mißexpressionen verschiedener embryonal bedeutsamer Gene wie BMP4, Brachyury, Gbx2 oder Otx2 gezeigt werden. Sie sind die genetischen Marker für das extraembryonale Mesoderm, den Primitivstreifen oder das anteriore viszerale Endoderm. Anhand dieser Daten konnte gezeigt werden, daß Irx1 eine essentielle Rolle während der Gastrulation spielt und wesentlich an der Bildung und Umsetzung der induktiven Funktionen der posterioren und auch der anterioren viszeralen Entwicklung beteiligt ist.