Identification of novel cellular and ventrally derived signalling molecules involved in neural retina specification in the vertebrate eye
Developmental Biology
Molecular Biology and Physiology of Neurons and Glial Cells
Final Report Abstract
Angeborene oder erworbene degenerative Erkrankungen der Netzhaut, als auch des retinalen Pigmentepithels (RPE) sind die Hauptursache für die Erblindung von Millionen von Menschen weltweit. Eine Grundvoraussetzung für die Entwicklung effektiver Stammzell-basierter Rettungs- oder Ersatzstrategien im Kampf gegen eine Erblindung ist das Verständnis der zellulären und molekularen Mechanismen, die für die embryonale Entwicklung der Netzhaut und des RPEs verantwortlich sind. Im klassischen proximo-distalen Modell der Augenentwicklung sind Signale aus dem proximalen Mesenchym für die Induktion der RPE Entwicklung in der Augenanlage verantwortlich. Im Gegensatz dazu scheinen Signale aus dem distalen Oberflächenektoderm die Netzhautentwicklung zu regulieren. Basierend auf unseren bisherigen Studien im Hühnerembryo hatten wir dieses klassische Modell in vorherigen Arbeiten bereits in Frage gestellt. Während Bone morphogenetic proteins (BMPs) aus dem distalen Oberflächenektoderm für die RPE Entwicklung verantwortlich zu sein scheinen, konnten wir in diesem Projekt zeigen, dass Signale aus der ventralen Mittellinie des Vorderhirns, und nicht des Oberflächenektoderms, für die Spezifizierung retinaler Vorläuferzellen im Hühnerembryo verantwortlich sind. Embryologische Manipulationen in Kombination mit “Gain“- und “Loss-of-function“-Studien deuten zudem daraufhin, dass BMPs zusammen mit SHH Signalen aus der ventralen Mittellinie des Vorderhirns die Netzhautentwicklung in der Augenanlage induzieren. Infolgedessen scheint der Augenvesikel durch das Zusammenspiel mehrere Signalwege (v.a. BMPs, SHH, Wnts) für einen kurzen Zeitpunkt in eine dorsale RPE- und eine ventrale Netzhaut- Domäne im Hühnerembryo gegliedert zu werden. Diese Ergebnisse bestätigen damit auch die vorherigen Arbeiten aus dem Labor von Prof. Masasuke Araki. Dass BMP-Familienmitglieder sowohl bei der Induktion der Netzhaut-, als auch der RPE-Entwicklung eine entscheidende Rolle spielen, zeigen unsere weiteren Studien am Hühnerembryo. Nach BMP-Applikation zu einem späteren Zeitpunkt der Augenentwicklung kommt es, anscheinend konzentrationsabhängig, sowohl zu einer Transdifferenzierung des RPEs in eine vielschichtige Netzhaut, als auch zu einer Transdifferenzierung retinaler Zellen in RPE.
Publications
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(2016). Acetylcholinesterase Regulates Skeletal In Ovo Development of Chicken Limbs by ACh-Dependent and -Independent Mechanisms. PloS one, 8 (11), p. e0161675, ISSN: 1932-6203
Spieker, Janine; Ackermann, Anica; Salfelder, Anika; Vogel-Höpker, A.; Layer, Paul G.
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(2017). BMP-induced reprogramming of the neural retina into retinal pigment epithelium requires Wnt signalling. Biology Open, 7 (6), 979-992
Steinfeld, Jörg; Steinfeld, Ichie; Bausch, Alexander; Coronato, Nicola; Hampel, Meggi-Lee; Depner, Heike; Layer, Paul G.; Vogel-Höpker, A.
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(2017). Endochondral Ossification Is Accelerated in Cholinesterase-Deficient Mice and in Avian Mesenchymal Micromass Cultures. PloS one, 1 (12), ISSN: 1932-6203
Spieker, Janine; Mudersbach, Thomas; Vogel-Höpker, A.; Layer, Paul G.
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(2019). Change in the developmental fate of the chick optic vesicle from the neural retina to the telencephalon. Development, Growth & Differentiation, 3 (61), 252-262, ISSN: 0012-1592
Shirahama, Misaki; Steinfeld, Ichie; Karaiwa, Akari; Taketani, Shigeru; Vogel-Höpker, A.; Layer, Paul G.; Araki, Masasuke
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(2020). Cholinergic control of bone development and beyond. International Immunopharmacology, p. 106405, ISSN: 1878-1705
Spieker, Janine; Frieß, Johannes L.; Sperling, Laura; Thangaraj, Gopenath; Vogel- Höpker, A.; Layer, Paul G.
