Die Links-Rechts-Achsenentwicklung in der Keimscheibe des Kaninchens
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Symmetriebruch im Wirbeltierembryo, der letztlich zur Ausbildung der konservierten Organasymmetrie führt, ist nach wie vor nicht geklärt. Die Analyse embryonaler Mechanismen wurde in der Vergangenheit vorallem dadurch erschwert, dass die Embryonen zu diesem Zeitpunkt zwischen Gastrulation und Neurulation ganz unterschiedlich aufgebaut sind. Die im Rahmen dieses DFG-Projekts durchgeführte vergleichende Analyse des Kaninchenembryos, der sich wie das Hühnchen als flache Keimscheibe entwickelt und damit ähnlich wie der Mensch aber ganz anders als der .Modell-Säuger' Maus, hat grundsätzlich neue Erkenntnisse erbracht, die jetzt ein einheitliches Bild des Symmetriebruchs ergeben. Zentral hierfür ist ein cilienabhängiger vektoriell nach links gerichteter Flüssigkeitsstrom im Extrazellularraum eines cilienbesetzten Epithels, das sich in allen Fällen am posterioren Ende der Chordaanalage ausbildet und beidseitig von endodermalen Zellen des Urdarms begrenzt wird. Diese Cilien unterscheiden sich von anderen motilen Cilien durch ihre Axonemstruktur (9+0, 9+2, 9+4) sowie die posteriore Polarisierung, die den gerichteten Strom erst möglich macht. Was dieser Strom letztlich bewirkt bleibt unklar. Unsere Analyse im Kaninchenembryo zeigt, dass Zell- Zell-Kommunikation über Gap-Junctions beim Transfer eines unbekannten initialen asymmetrischen Signals aus dem Bereich der Mittellinie in das Seitenplattenmesoderm eine zentrale Rolle zukommt: offene Gap Junctions verhindern eine Genaktivierung von Nodal, wobei diese Repression durch FGF8 Signaltransduktion initiiert wird. Verschluss von Gap Junctions führt zu beidseitiger Nodal Induktion. Unsere Experimente im Kaninchen lassen vermuten, dass der Strom nach links im Endeffekt den Verschluss von Gap Junctions nur auf der linken Seite bewirkt, wodurch eine links-asymmetrische Induktion von Nodal resultiert. Die weitere Analyse im Kaninchen sowie entsprechende Untersuchungen in anderen Wirbeltier-Modellorganismen muss zeigen, inwieweit dieses Release-of-Repression Modell generell für den Symmetriebruch der Vertebraten in Frage kommt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Blum, M., Andre, P., Muders, K., Schweickert, A., Fischer, A., Bitzer, E., Bogusch, S., Beyer, T., van Straaten, H.W.M. and Viebahn, C. (2007). Ciliation and gene expression distinguish between node and posterior notochordal plate in the mammalian embryo. Differentiation 75, 133-146.
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Feistel, K. and Blum, M. (2006). Three types of cilia including a novel 9+4 axoneme on the notochordal plate of the rabbit embryo. Dev. Dyn. 235, 3348-3358.
