Regulation of pancreas development in Xenopus laevis
Regulierung der Pankreasentwicklung in Xenopus laevis
by Fong Cheng Pan
Date of Examination:2006-05-10
Date of issue:2006-07-25
Advisor:Prof. Dr. Tomas Pieler
Referee:Prof. Dr. Michael Kessel
Referee:Prof. Dr. Willhart Knepel
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-3231
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Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract
English
How and when the vertebrate endoderm is first subdivided into discrete progenitor cell populations that will give rise to the different major organs, including pancreas and liver, is only poorly understood. We have used Xenopus laevis as a model system to characterize these early endodermal patterning events as mediated by RA. Our findings show that RA signalling is required for pancreas but not liver specification as early as during gastrulation. Using embryonic explant experiments, our results support the notion that RA acts both directly on the endoderm and indirectly via the mesoderm to specify the dorsal endoderm towards a pancreatic fate. Inhibition of BMP signalling, by noggin, and additional mesodermal factor(s) is also critically required for dorsal endoderm patterning in conjunction with RA during gastrulation. We also demonstrate that Sonic Hedgehog, a known inhibitor of pancreas development in the mouse and chick, is negatively regulated by RA in the dorsal prepancreatic endoderm. Furthermore, RA is found to promote endocrine at the expense of exocrine differentiation in the dorsal pancreas via inhibition of Notch signalling. Conversely, RA enhances exocrine gene expression in the ventral pancreas while inhibiting liver development in a concentration dependent manner.We also established a new method to generate transgenic frog using I-SceI meganuclease. We obtained transgenesis efficiency of 10% or more under optimal conditions and a high rate of germ-line transmission. The I-SceI meganuclease approach thus provides a simple and highly efficient tool for generating transgenic frogs also for the study of later phases of pancreas development.
Keywords: Retinoic acid; pancreas development; <i>Xenopus laevis</i>
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Bis zur heutigen Zeit ist nur wenig darüber bekannt, wann und wie sich im Laufe der Entwicklung in Vertebraten aus dem endodermalen Keimblatt unterschiedliche Populationen an Vorläuferzellen differenzieren, aus denen in Folge die verschiedenen Organe entstehen.In unseren Studien benutzten wir Xenopus laevis als Modelorganismus, um solche frühen Musterbildungsprozesse zu charakterisieren, die u.a. durch Retinsäure induziert werden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Retinsäure schon während der Gastrulation des Embryos für die Predestinierung endodermaler Zellen zur Bauchspeicheldrüse (Pankreas), nicht aber für die Formierung der Leber notwendig ist. Unter Verwendung embryonaler Explanate zeigen wir, dass Retinsäure sowohl direkt auf das Endoderm, als auch indirekt über das Mesoderm, wirkt wodurch dorsales Endoderm zu pankreatischem Gewebe determiniert wird. Im Zusammenhang mit Retinsäure während der Gastrulation, spielt die Inhibition des BMP-Signalweges durch Noggin, nebst weiterer mesodermaler Faktoren, ebenfalls eine wichtige Rolle bei Spezifizierung des dorsalen Endoderms. Es konnte ebenfalls gezeigt werden, dass Sonic Hedgehog, ein bekannter Inhibitor der Pankreasentwicklung im Modelorganismus Maus sowie Hühnchen, im dorsalen Endoderm negativ durch Retinsäure reguliert wird. Weiterhin wurde festgestellt, dass Retinsäure, durch Inhibition des Notch-Signalweges, eine endokrine auf Kosten einer exokrinen Zelldifferenzierung im dorsalen Pankreas fördert. Andererseits aktiviert Retinsäure die exokrine Genexpression im ventralem Pankreas, wodurch in konzentrationsabhängige Weise die Leberentwicklung verhindert wird.Gleichzeitig wurde eine neue Methode zur Herstellung transgener Frösche, unter Verwendung der I-SceI Meganuklease, etabliert. Hierbei wurde eine Transgenität von über 10% unter optimalen Bedingungen und eine hohe Effizienz der Vererbbarkeit erreicht. Demzufolge ist die Anwendung der I SceI-Meganuklease eine einfache und höchst effiziente Technik transgene Frösche herzustellen, besonders hinsichtlich Untersuchungen der späteren Pankreasgenese.
Schlagwörter: Retinsäure; Pankreasentwicklung; <i>Xenopus laevis</i>
