Analyse von Zell-Segregation und Zelltyp-spezifischem Verhalten während der frühen Differenzierung der Keimblätter in der Maus

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastian J. Arnold
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318646549

Während der Gastrulation werden die ersten embryonalen Zelltypen aus pluripotenten Zellen des Epiblast spezifiziert. Die Morphogenese der primären Keimblätter geschieht durch die Migration von Vorläufern des Mesoderms und des definitiven Endoderms (DE) durch die transiente Struktur des Primitivstreifens. Zellen, die im Epiblast verbleiben bilden das Ektoderm. Die Signale und transkriptionellen Programme, die Zellspezifizierung kontrollieren sind bisher intensiv untersucht worden. Hingegen sind die zellbiologischen Grundlagen von Zelllinien-Segregation und Morphogenese weniger klar. Das molekulare Verständnis der Mechanismen der Keimblatt-Entstehung ist jedoch wichtig, um differenzierte Zellen aus Stammzellpopulationen zu gewinnen. In früheren Arbeiten konnten wir zeigen, dass frühes, kardiales Mesoderm und DE im vorderen Primitivstreifen unter der Kontrolle des Transkriptionsfaktors Eomesodermin (Eomes) gebildet werden. Beide Zelltypen migrieren zunächst gemeinsam in die mesodermale Zellschicht, bevor in einem zweiten Schritt DE-Vorläufer in die äußere Endoderm-Schicht übertreten. Die zellbiologischen und molekularen Grundlagen hierfür sind bisher unbekannt. In diesem Antrag schlagen wir daher vor, Untersuchungen des zellspezifische Verhaltens in lebenden Mausembryonen durch die Nutzung von zellspezifischen Fluoreszenz-Reporterallelen in Genloci früher Transkriptionsfaktoren, Eomes und Mesp1, durchzuführen. Hiermit können wir Zellidentitäten bereits vor dem Übertritt von DE-Zellen in die endodermal Zellschicht erkennen. Hiermit werden wir die frühesten morphologischen Zeichen der unterschiedlichen Zellinien analysieren und die molekularen Mechanismen untersuchen, die zu zellspezifischem Verhalten führen. Darüber hinaus werden weitere Analysen zu der Subspezifizierung mesodermaler Zellen durchgeführt werden, die zumindest teilweise durch Funktionen der T-box Transkriptionsfaktoren Eomes, Brachyury und Tbx6 erfolgt. Durch Genom-Editierung in embryonalen Stammzellen werden wir überlappende und exklusive Funktionen von T-box Genen für die mesodermale Subspezifizierung erarbeiten. Durch die Kombination von genomweiten Analysen von Genexpression und epigenetischen Fußabdrücken, werden wir den Fahrplan unterschiedlicher mesodermaler Subtypen-Spezifizierung unterhalb von T-box Genen näher beschreiben können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen