Funktionale und mechanistische Charakterisierung von Foxd3 während der Überleitung der periimplantären Phase in der Maus

• Antragsteller: Dr. Alvaro Rada-Iglesias
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315100269

Während der Einnistung einer Eizelle durchlaufen Epiblastzellen eines Mausembryos kritische Schritte in der Schicksalsentscheidung und entwickeln sich entweder zu Soma, welches vergänglich ist, oder werden Teil der Keimbahn, die potentiell unsterblich ist. Ein preimplantärer Epiblast zeichnet sich durch naive Pluripotenz aus und kann sich in alle embryonalen Zelltypen entwickeln. Während der Implantation durchläuft der Epiblast ein Stadium, welches durch den Verlust der naiven Pluripotenz und das Einleiten der Expression somatischer Gene gekennzeichnet ist. Einige wenige postimplantäre Epiblastzellen sind jedoch in der Lage, die Differenzierung in somatische Zellen wieder umzukehren, indem sie sich einer drastischen Umprogrammierung unterziehen, die schliesslich zur Spezifizierung in die Keimbahn führt. Unter Verwendung eines in vitro Differenzierungsmodells embryonaler Stammzellen haben wir vor kurzem den neuartigen Regulator Foxd3 identifiziert, der den Übergang von einer naiven in eine geprimte Pluripotenz fördert und in Folge dessen die Ausprägung einer Keimzellidentität verhindert. Mechanistisch fungiert Foxd3 als transkriptionaler Repressor, der Enhancer stilllegt, die für die Expression von Schlüsselfaktoren einer naiven Pluripotenz und Keimbahnentwicklung ausschlaggebend sind. Momentan ist die Relevanz von Foxd3 in vivo, als auch seine evolutionär konservierte Funktion während der periimplantären Entwicklung unklar. Wir schlagen eine Reihe an Experimenten vor, die mechanistische und funktionale Erkenntnisse der Rolle von Foxd3 in der Postimplantation von geprimten Epliblasten liefern können. Wir vermuten, dass Foxd3 als bedeutender Regulator der Musterbildung von Epiblasten mit anteriorer Identität fungiert. Mit Hilfe von in vitro und in vivo Modellen wollen wir testen, ob die Funktion von Foxd3 evolutionär konserviert ist. Zusätzlich haben wir in vorherigen in vitro Studien gezeigt, dass das Foxd3 vermittelte Abschalten von Genen, dem sogenannten Gene silencing, ein kritisches regulatorisches Ereignis während der Spezifikation von Urkeimzellen ist. In diesem Antrag möchten wir herausfinden, ob Gene silencing durch Foxd3 eine ebenso bedeutende Rolle in der Spezifikation der Keimbahn spielt und ob es im Menschen relevant ist. Mit dieser Studie wollen wir ein besseres Verständnis der molekularen Mechanismen erlangen, die sich während der periimplantären Entwicklung vollziehen. Das daraus gewonnene Wissen kann die Herleitung von in vitro generierten Urkeimzellen und Geschlechtszellen verbessern und neue Möglichkeiten bei der Behandlung von Unfruchtbarkeit eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen