Von der Blastozyste zum Eizylinderstadium: Analyse der frühen Implantationsphase der Embryonalentwicklung

• Antragsteller: Dr. Ivan Bedzhov
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278835329

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Verschmelzung der Keimzellen löst eine Kettenreaktion von Entwicklungsereignissen aus, die das befruchtete Ei in einen neuen Organismus verwandelt. Zwei nachfolgende Entscheidungen über das Zellschicksal legen die embryonale (Epiblast) und die extraembryonale (Trophektoderm und primitives Endoderm) Entwicklungslinie während der Reise des Embryos vom Eileiter zur Gebärmutter fest. Am vierten und letzten Embryotag (E4,5) kommt der Mausembryo zum ersten Mal in direkten Kontakt mit dem mütterlichen Gewebe und beginnt mit der Einnistung in die Gebärmutterwand. Das Gebärmutterstroma (Decidua) umschließt und verdeckt den Embryo und macht ihn für direkte Beobachtungen und experimentelle Manipulationen unzugänglich. Daher ist die Periimplantationsentwicklung weitgehend unerforscht und wahrscheinlich die rätselhafteste Phase der Embryogenese bei Säugetieren. Innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums von nur 24 Stunden verändert der hohlförmige Mausembryo (Blastozyste) radikal seine gewebeartige Architektur und verwandelt sich in einen Postimplantations-Konzeptus (Eizylinder). Dieser morphogenetische Übergang ist mit einem Ausbruch der Zellproliferation und fortschreitenden Veränderungen des Zellschicksals der embryonalen und der unterstützenden extraembryonalen Linien verbunden. Das Verständnis der zugrunde liegenden zellulären Mechanismen der embryonalen Morphogenese und der molekularen Schaltkreise, die diese Prozesse mit dem Entwicklungsfortschritt des Zellschicksalsprogramms synchronisieren, sind die Hauptziele dieses Projekts. Unsere Forschung geht auch über die embryointerne Regulierung der Embryogenese nach der Einnistung hinaus und erforscht die verborgene Dynamik der ersten Interaktionen zwischen Embryo und Mutter an der Einnistungsstelle.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Functional and clinical characterization of the alternatively spliced isoform AML1-ETO9a in adult patients with translocation t(8;21)(q22;q22.1) acute myeloid leukemia (AML). Leukemia, 34(2), 630-634.
  Agrawal, Mridul; Schwarz, Peggy; Giaimo, Benedetto Daniele; Bedzhov, Ivan; Corbacioglu, Andrea; Weber, Daniela; Gaidzik, Verena I.; Jahn, Nikolaus; Rücker, Frank G.; Schroeder, Thomas; Kindler, Thomas; Wattad, Mohammed; Götze, Katharina; Lübbert, Michael; Salwender, Hans; Ringhoffer, Mark; Lange, Elisabeth; Koller, Elisabeth; Thol, Felicitas ... & Oswald, Franz
  
• Isolation and Culture of Periimplantation and Early Postimplantation Mouse Embryos. Methods in Molecular Biology, 373-382.
  Govindasamy, Niraimathi & Bedzhov, Ivan
  
• Test-tube embryos - mouse and human development in vitro to blastocyst stage and beyond. The International Journal of Developmental Biology, 63(3-4-5), 203-215.
  Govindasamy, Niraimathi; Duethorn, Binyamin; Oezgueldez, Hatice O.; Kim, Yung S. & Bedzhov, Ivan
  
• In Vitro Culture of Mouse Blastocysts to the Egg Cylinder Stage via Mural Trophectoderm Excision. Methods in Molecular Biology, 31-40.
  Ozguldez, Hatice O. & Bedzhov, Ivan
  
• Placental gene editing via trophectoderm-specific Tat-Cre/loxP recombination. Development.
  Ozguldez, Hatice O.; Fan, Rui & Bedzhov, Ivan
  
• Wnt/Beta-catenin/Esrrb signalling controls the tissue-scale reorganization and maintenance of the pluripotent lineage during murine embryonic diapause. Nature Communications, 11(1).
  Fan, Rui; Kim, Yung Su; Wu, Jie; Chen, Rui; Zeuschner, Dagmar; Mildner, Karina; Adachi, Kenjiro; Wu, Guangming; Galatidou, Styliani; Li, Jianhua; Schöler, Hans R.; Leidel, Sebastian A. & Bedzhov, Ivan
  
• 3D biomimetic platform reveals the first interactions of the embryo and the maternal blood vessels. Developmental Cell, 56(23), 3276-3287.e8.
  Govindasamy, Niraimathi; Long, Hongyan; Jeong, Hyun-Woo; Raman, Ratish; Özcifci, Burak; Probst, Simone; Arnold, Sebastian J.; Riehemann, Kristina; Ranga, Adrian; Adams, Ralf H.; Trappmann, Britta & Bedzhov, Ivan
  
• Deciphering epiblast lumenogenesis reveals proamniotic cavity control of embryo growth and patterning. Science Advances, 7(11).
  Kim, Yung Su; Fan, Rui; Kremer, Ludmila; Kuempel-Rink, Nannette; Mildner, Karina; Zeuschner, Dagmar; Hekking, Liesbeth; Stehling, Martin & Bedzhov, Ivan
  
• PCT/EP2021/066945 Generation of trophectoderm-like cells and assembly of trophectoderm-like vesicles and synthetic embryoids
  Sathyanarayanan & Bedzhov
  
• Ronin governs the metabolic capacity of the embryonic lineage for post‐implantation development. EMBO reports, 22(11).
  Salewskij, Kirill; Gross‐Thebing, Theresa; Ing‐Simmons, Elizabeth; Duethorn, Binyamin; Rieger, Bettina; Fan, Rui; Chen, Rui; Govindasamy, Niraimathi; Brinkmann, Heike; Kremer, Ludmila; Kuempel‐Rink, Nannette; Mildner, Karina; Zeuschner, Dagmar; Stehling, Martin; Dejosez, Marion; Zwaka, Thomas P.; Schöler, Hans R.; Busch, Karin B.; Vaquerizas, Juan M. & Bedzhov, Ivan
  
• A balanced Oct4 interactome is crucial for maintaining pluripotency. Science Advances, 8(7).
  Han, Dong; Wu, Guangming; Chen, Rui; Drexler, Hannes C. A.; MacCarthy, Caitlin M.; Kim, Kee-Pyo; Adachi, Kenjiro; Gerovska, Daniela; Mavrommatis, Lampros; Bedzhov, Ivan; Araúzo-Bravo, Marcos J. & Schöler, Hans R.
  
• Early developmental plasticity enables the induction of an intermediate extraembryonic cell state. Science Advances, 8(44).
  Sathyanarayanan, Anusha; Ing-Simmons, Elizabeth; Chen, Rui; Jeong, Hyun-Woo; Ozguldez, Hatice O.; Fan, Rui; Duethorn, Binyamin; Kim, Kee-Pyo; Kim, Yung Su; Stehling, Martin; Brinkmann, Heike; Schöler, Hans R.; Adams, Ralf H.; Vaquerizas, Juan M. & Bedzhov, Ivan
  
• Induction of osteogenesis by bone-targeted Notch activation. eLife, 11.
  Xu, Cong; Dinh, Van Vuong; Kruse, Kai; Jeong, Hyun-Woo; Watson, Emma C.; Adams, Susanne; Berkenfeld, Frank; Stehling, Martin; Rasouli, Seyed Javad; Fan, Rui; Chen, Rui; Bedzhov, Ivan; Chen, Qi; Kato, Katsuhiro; Pitulescu, Mara E. & Adams, Ralf H.
  
• Lima1 mediates the pluripotency control of membrane dynamics and cellular metabolism. Nature Communications, 13(1).
  Duethorn, Binyamin; Groll, Fabian; Rieger, Bettina; Drexler, Hannes C. A.; Brinkmann, Heike; Kremer, Ludmila; Stehling, Martin; Borowski, Marie-Theres; Mildner, Karina; Zeuschner, Dagmar; Zernicka-Goetz, Magdalena; Stemmler, Marc P.; Busch, Karin B.; Vaquerizas, Juan M. & Bedzhov, Ivan
  
• Mechanisms of formation and functions of the early embryonic cavities. Seminars in Cell & Developmental Biology, 131, 110-116.
  Kim, Yung Su & Bedzhov, Ivan
  
• Rap1 controls epiblast morphogenesis in sync with the pluripotency states transition. Developmental Cell, 57(16), 1937-1956.e8.
  Kim, Yung Su; Fan, Rui; Lith, Sanne C.; Dicke, Ann-Kristin; Drexler, Hannes C.A.; Kremer, Ludmila; Kuempel-Rink, Nannette; Hekking, Liesbeth; Stehling, Martin & Bedzhov, Ivan
  
• Tissue clearing may alter emission and absorption properties of common fluorophores. Scientific Reports, 12(1).
  Eliat, Farsam; Sohn, Rebecca; Renner, Henrik; Kagermeier, Theresa; Volkery, Stefan; Brinkmann, Heike; Kirschnick, Nils; Kiefer, Friedemann; Grabos, Martha; Becker, Katharina; Bedzhov, Ivan; Schöler, Hans R. & Bruder, Jan M.
  
• Polarity inversion reorganizes the stem cell compartment of the trophoblast lineage. Cell Reports, 42(4), 112313.
  Ozguldez, Hatice O.; Govindasamy, Niraimathi; Fan, Rui; Long, Hongyan; Mildner, Karina; Zeuschner, Dagmar; Trappmann, Britta; Ranga, Adrian & Bedzhov, Ivan