Establishment of retinoic acid gradients in the early development of Xenopus laevis

Abstract

Retinsäure (RA) ist ein wichtiges Morphogen, das viele biologische Prozesse reguliert, einschließlich der Entwicklung des zentralen Nervensystems (ZNS). Die Synthese von RA aus Vitamin A (Retinol) läuft in zwei Schritten ab, wobei die zweite Reaktion- katalysiert von Retinal-Dehydrogenasen (RALDHs)- lange als entscheidend für die gewebsspezifische Produktion von RA im Embryo angesehen wurde. Das kürzlich identifizierte Xenopus Homolog der Retinol-Dehydrogenase 10 (XRDH10) vermittelt den ersten Schritt der RA Synthese, die Oxidation von Retinol zu Retinal. XRDH10 ist spezifisch in der dorsalen Blastoporuslippe exprimiert und in anderen Domänen, in welchen teilweise eine Überlappung mit XRALDH2 Expression zu beobachten ist. Endogene RA unterdrückt XRDH10 Genexpression, welches eine negative Rückkopplung vermuten läßt. In mRNA injizierten Xenopus Embryonen beeinflußt XRDH10 die Expression von Markern der dorsalen Blastoporuslippe, ähnlich wie RA, und kooperiert mit XRALDH2 in der Posteriorisierung des embryonalen Gehirns. Ein Knockdown von XRDH10 und XRALDH2, durch die Verwendung spezifischer Antisense Morpholino Oligonukleotide zeigt den gegenteiligen Effekt in Bezug auf die Genexpression von Markern der dorsalen Blastoporuslippe. Zusätzlich ist eine Ventralisierung der Embryonen und eine Anteriorisierung des sich entwickelnden Gehirns zu erkennen. Diese Ergebnisse implizieren, daß die Umwandlung von Retinol zu Retinal ein kontrollierter Schritt während der Entwicklung ist, der in der Spezifizierung der dorsoventralen und anteroposterioren Körperachsen, sowie der Musterbildung des ZNS involviert ist. Die kombinierte Genexpression und aufeinander abgestimmte Aktivität von XRDH10 und XRALDH2 beschreibt einen neuen Mechanismus, der zur Ausbildung eines Morphogen Gradienten im Embryo führt.