Funktionsanalyse der Entwicklungskontrollgene Irx2 und Mash1 in der Maus.
Functional analysis of Irx2 and Mash1, two murine transcription control genes.
by May-Britt Becker
Date of Examination:2002-04-25
Date of issue:2002-10-01
Advisor:Prof. Dr. Peter Gruss
Referee:Prof. Dr. Ulrich Ehlers
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-95
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Description:Dissertation
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Abstract
English
The development of organism is controlled by transcription factors which can modulate cascades of genes in their activity . The search for developmental relevant genes identified the new Iroquois gene family as potent regulators of specific gene activity patterns. The murine Irx2 gene is expressed from E8.5 onwards as well in overlapping domains with Irx1 and Irx5 as in unique regions. While neurulation and organogenesis specific gene activity is found in restricted patterns in the CNS and in the ganglionic cell layer of the eye disc. In addition Irx2 is active in the developing lungs, limbs, teeth and larynx. The expression domains change dynamically within the developmental stages and include structures derived from all three germlayers. The functional approach was done by homologous recombination in embryonic stem cells. The mutant phenotype shows epigenetic effects within the Irx2 locus, the maternal allele is imprinted. Homozygote mutants die before birth as well as male heterozygotes which inherited the paternal mutant allele. In humans Irx2 map to the critical region of the Cri-du-chat syndrome which is thought to be mainly inherited by the father. The implications of Irx2 concerning the set of symptoms which together indicate this particular disease is under investigation. The analysis of possible upstream candidates show region specific control of Irx2 by the Gli genes. The Mash1 promoter seems not to be a target of Irx2 activation, contrary to obtained results from D.melanogaster. The functional analysis of the Mash1 mutant revealed a concrete involvemnet of Mash1 in the maturation of the calcitonin producing cells of the thyroid.
Keywords: Irx2; iroquois; Mash1; transcription factor; cat-cry syndrome; imprinting; knock-out
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Die Entwicklung der Organismen wird durch die koordinierte Funktion von Entwicklungskontrollgenen gesteuert, die ihrerseits den Aktivitätsstatus anderer Gene regulieren. Bei der Suche nach neuen, entwicklungsrelevanten Genen in der Maus wurde das Irx2-Gen identifiziert und als Mitglied der Iroquois-Genfamilie in die Gruppe der Transkriptionsfaktoren eingeordnet. Die Herstellung der Verlustmutante ist die Grundlage für die funktionelle Analyse des Irx2-Gens. Mittels gezielter homologer Rekombination in embryonalen Stammzellen wurden die funktionellen Bereiche des Irx2-Gens deletiert. Die Irx2-Mausmutante zeigt keine offensichtlichen morphologischen Defekte, dennoch versterben die Föten bei der Geburt. Dies läßt auf das Versagen lebenswichtiger Organe, wie der Lunge schließen. Die Untersuchung der genomischen Prägung des Irx2-Lokus läßt einen methylierungs-unabhängigen Mechanismus der epigenetischen Kontrolle postulieren.Zudem zeichnet die chromosomale Lokalisation des Irx2-Gens in der Maus und im Menschen es als ein relevantes Kandidatengen des Cri-du-Chat-Syndroms aus. Die vorhandene Genaktivität von Irx2 in den murinen Arytenoid-Knorpeln des Kehlkopfes weist auf eine mögliche Ursache der veränderten Stimmbildung der humanen Katzenschrei-Patienten hin. Die Entdeckung von Irx2 erlaubt die genetische Trennung zwischen den Symptomen der mentalen Fehlfunktion und der gestörten Stimmbildung. Die Evo-Devo-Studien aus Drosophila und Xenopus verweisen auf eine Interaktion der Iroquois-Gene mit den Mitgliedern des achaete-scute-Komplexes. Eine direkte Regulation konnte für die orthologen Gene - Irx2 und Mash1 - in der Maus nicht bestätigt werden. Die vorgenommene Analyse der Mash1-Mutante hingegen zeigt die essentielle Funktion des Gens in der Differenzierung der Calcitonin-produzierenden C-Zellen in der Schilddrüse der Maus. Die funktionellen Analysen des Irx2- und des Mash1-Gens lassen für beide Gene lebenswichtige Einzelfunktionen in der Embryonalentwicklung erkennen. Die Funktionsanalysen in dem Modellorganismus Maus sind daher wichtige Grundlagen für die Erforschung humaner Krankheiten.
Schlagwörter: Irx2; Iroquois; Mash1; Transkriptionsfaktor; Katzenschrei-Syndrom; genomische Prägung; Knock-Out