Die Steuerung der Neuralleistendifferenzierung

Die Neuralleiste ist eine vertebratenspezifische multipotente stammzellähnliche Population, aus welcher sich viele verschiedene Derivate bilden, unter anderem das Schädelskelett, sensorische und autonome Ganglien des peripheren Nervensystems und Pigmentzellen. Die Vorläufer der Neuralleiste entstehen an den Enden der Neuralplatte, und kommen Anfangs im dorsalen Bereich des Neuralrohres zu liegen. Die Neuralleistenzellen lösen sich dann aus dem Neuralrohr und wandern oft weite Distanzen bis sie ihren Bestimmungsort im Embryo erreichen. Man nimmt an dass der Weg der Migration die spätere Differenzierung beeinflusst. Die verschiedenen Stadien der Neuralleistenentwicklung werden von einem komplexen regulatorischen Netzwerk von Genen gesteuert. Die frühen Phasen der Neuralleistenbildung sind in dieser Hinsicht sehr gut erforscht, aber wenig ist darüber bekannt wie Neuralleistenzellen ihren Migrationsweg festlegen, oder inwiefern sich der ausgewählte Migrationsweg auf die Plastizität der Neuralleistenzellen auswirkt. In dem hier präsentierten Projekt soll diese wichtige biologische Fragestellung mit Hilfe neuer Technologien in einem lebenden (in vivo) System erforscht werden. Die Antragsstellerin wird mittels RNA Sequenzierung transkriptionelle Unterschiede zwischen verschiedenen Subpopulationen von Neuralleistenzellen untersuchen, welche mit einem bestimmten Migrationsweg und darausfolgender Zelltypspezifizierung assoziiert sind (Neuronen versus Pigmentzellen). Durch diese genomweite Untersuchung könnten neue potenzielle Regulatoren beziehungsweise regulatorische Netzwerke von Genen gefunden werden. In einem weiteren Schritt sollen potenzielle Kandidaten getestet werden, indem gezielt die Funktion einzelner Gene ausgeschaltet wird. Letztendlich soll untersucht werden, ob die Plastizität von Neuralleistenzellen durch Reprogrammierung des genetischen Netzwerkes verändert werden kann. Zusammenfassend soll das dargestellte Projekt dazu beitragen, regulatorische Veränderungen während der Differenzierung und Wanderung von Neuralleisten auf genomweiter Ebene zu untersuchen. Diese Studie wird einerseits dazu beitragen bestehende Diskrepanzen über die Plastizität der Neuralleistenzellen zu beseitigen, und andererseits helfen die Defekte von Neuralleisten-assoziierten Krankheiten zu verstehen. Neue Gene oder genetische Einheiten die im Zuge dieses Projektes gefunden werden könnten in weiterer Zukunft nützliche therapeutische Angriffspunkte bilden.

Die Neuralleiste ist eine vertebratenspezifische multipotente stammzellähnliche Population, aus welcher sich viele verschiedene Derivate bilden, unter anderem das Schädelskelett, sensorische und autonome Ganglien des peripheren Nervensystems und Pigmentzellen. Die Vorläufer der Neuralleiste entstehen an den Enden der Neuralplatte, lösen sich dann aus dem Neuralrohr und wandern oft weite Distanzen auf festgelegten Migrationswegen bis sie ihren Bestimmungsort im Embryo erreichen. Der Weg der Migration bestimmt die spätere Differenzierung. Demzufolge haben verschiedene Subpopulationen von Neuralleistenzellen unterschiedliches Differenzierungspotential, was sich auch in ihrem individuellen Genexpressionsmuster wiederspiegelt. Wir haben im Modellsystem Huhn die Tatsache genutzt dass viele Neuralleistenspezifische Gene wie zB Sox10 oder FoxD3 durch gewebsspezifische "Enhancer", regulatorische DNA Sequenzen welche die Expression eines Genes verstärken, reguliert werden. Die Aktivität von Sox10 wird von 2 regulativen Elementen kontrolliert: Sox10E2 aktiviert die Expression im kranialen Bereich, Sox10E1 ist im Brust- und Rumpfbereich aktiv. Beide steuern zusätzlich die Expression von Sox10 in der Anlage des Innenohres. Ich habe das Sox10E1 Element auf Bindungsstellen für Regulatoren untersucht und den Einfluss von Mutationen und Deletionen auf seine Aktivität getestet. Dabei habe ich 2 kritische Bindungsstellen für Transkriptionsfaktoren der SOX Familie gefunden, die unterschiedlichen Einfluss auf die Aktivität im Rumpf- und im Innenohrbereich haben. Weiter habe ich den Sox10E1 Enhancer benutzt, um die migrierenden Neuralleistenzellen des Rumpfbereiches zu markieren und zu isolieren. Diese Subpopulation der Neuralleiste bildet hauptsächlich die Ganglien des peripheren Nervensystems. Von den isolierten Zellen wurde mittels Sequenzierung ein genomweites Aktivitätsprofil (Transkriptom) erstellt. Ich fand 474 Gene welche in dieser Neuralleistenpopulation besonders aktiv sind, und diese Ergebnisse wurden mittels RNA Hybridisierung von ausgesuchten Kandidaten verifiziert. In weiteren funktionellen Untersuchungen habe ich mich auf Komponenten des Notch Signaltransduktionsweges konzentriert, da diese in keiner anderen Subpopulation der Neuralleiste derart angereichert auftreten. Interessanterweise sind der Notch Signaltransduktionsweg und weitere Kandidaten des Transkriptoms auch in Neuroblastomen zu finden, eine Tumorform die aus der Neuralleiste entsteht. In weiterführenden Studien soll die genaue Rolle von Notch während der Neuralleistenmigration und der Tumorentstehung geklärt werden. Die hier gewonnenen Resultate haben das Potential, neue Therapien und Angriffspunkte in der Bekämpfung Neuralleisten-assoziierter Krankeiten zu finden.