Molecular Mechanisms of Pancreas Development in Xenopus
Final Report Abstract
Die embryonale Entwicklung der Bauchspeicheldrüse mit ihren exokrinen und endokrinen Anteilen wird durch konservierte genetische Netzwerke reguliert. Im Rahmen unserer Arbeiten in Xenopus haben wir uns auf die frühesten Schritte bei diesen Prozessen konzentriert: die Entstehung pankreatischer Vorläuferzellen im endodermalen Keimblatt. Der T-Box Transkriptionsfaktor VegT besitzt eine essentiell regulatorische Funktion bei der Bildung des Endoderms in Xenopus Embryonen. Er wird von einer vegetal lokalisierten maternalen mRNA kodiert. Wir konnten mit XSeb4R ein RNA bindendes Protein vom RRM-Typ identifizieren, das im 3‘-untranslatierten Bereich der VegT mRNA bindet, diese stabilisiert und die Translation stimuliert. Über diese Aktivitäten trägt XSeb4R zur Ausbildung des endodermalen Keimblattes bei (Souopgui et al., 2008). Das Pankreas entsteht aus dem dorsalen Endoderm von frühen Xenopus Gastrulae. Die im dorsalen Mesoderm produzierte Retinsäure (RA) ist für die dort eingeleitete Entstehung der dorsalen pankreatischen Knospe essentiell (Chen et al., 2004). Umgekehrt unterdrückt BMP-Signalwirkung die Entstehung pankreatischer Vorläuferzellen (Pan et al., 2007); in Übereinstimmung mit diesen Befunden war es uns möglich, in frühembryonalen ektodermalen Explantaten aus Xenopus Embryonen die Expression verschiedener Pankreas-spezifischer Gene durch eine Kombination von VegT, RA und noggin (ein BMP-Inhibitor) zu induzieren (Pan et al., 2007; Borchers and Pieler, 2010). Zu den im Bereich des dorsalen Endoderms von Xenopus Gastrulae spezifisch exprimierten Genen zählt der Homeobox-Transkriptionsfaktor Hhex. Xhex knockdown führt in Xenopus Embryonen zu einer Inhibition der Pankreasentwicklung; umgekehrt führt die Überexpression von Hhex in Xenopus Embryonen zur Entstehung signifikant vergrößerter und auch ektopischer pankreatischer Strukturen mit ventralem Charakter, wahrscheinlich durch eine Hhex-induzierte Vergrößerung der Population der Vorläuferzellen für die ventrale Pankreasknospe (Zhao et al., 2012). Der bHLH Transkriptionsfaktor Ptf1a wird in Xenopus Organogenesestadien spezifisch in den dorsalen und ventralen pankreatischen Vorläuferzellen, sowie in der Retina und dem dorsalen Rhombencephalon exprimiert (Afelik et al., 2006; Dullin et al., 2007). Wir konnten zeigen, dass die ektopische Expression einer Kombination von Ptf1a und Pdx1 eine Transformation von posteriorem Endoderm in pankreatisches Gewebe bewirkt (Afelik et al., 2006). In Organogenesestadien wird der Wnt-Inhibitor sFRP5 im Bereich von Leber und ventralem Pankreas exprimiert. Knockdown von sFRP5 führt zu einer transienten Pankreas-Hypoplasie; diese Beobachtung deutet auf eine frühe regulatorische Funktion des Wnt-abhängigen Signalweges bei der Spezifizierung der ventralen Pankreas Anlage hin (Damianitsch et al., 2009).
Publications
- (2004). Pancreatic protein disulfide isomerase (XPDIp) is an early marker for the exocrine lineage of the developing pancreas in Xenopus laevis embryos. Gene Expr Patterns 4, 71 - 76
Afelik, S., Chen, Y. and Pieler, T.
- (2006). Combined ectopic expression of Pdxl and Ptf1a/p48 results in the stable conversion of posterior endoderm into endocrine and exocrine pancreatic tissue. Genes Dev 20, 1441-1446
Afelik, S., Chen, Y. and Pieler, T.
- (2007). Ptfla triggers GABAergic neuronal cell fates in the retina. BMC Dev. Biol. 7,110
Dullin, J.P., Locker, M., Robach, M., Henningfeld, K.A., Parain, K., Afelik, S., Pieler, T. and Perron, M.
- (2007). Retinoic acid-mediated patterning of the prepancreatic endoderm in Xenopus operates via direct and indirect mechanisms. Mech. Dev. 124, 518-531
Pan, F.C., Chen, Y., Bavha, E. and Pieler, T.
- (2008). The RNA-binding protein XSeb4R: a positive regulator of VegT mRNA stability and translation that is required for germ layer formation in Xenopus. Genes Dev. 22, 2347-2352
Souopgui, J., Rust, B., Vanhomwegen, J, Heasman, J., Henningfeld, K.A., Bellefroid, E. and Pieler, T.
- (2009). XsFRPS modulates endodermal organogenesis in Xenopus laevis. Dev. Biol. 329, 327-337
Damianitsch, K., Melchert, J. and Pieler, T.
- (2010). Programming Pluripotent Precursor Cells Derived from Xenopus Embryos to Generate Specific Tissues and Organs. Genes 1,413-426
Borchers, A. and Pieler, T.
- Homeoprotein hhex-induced conversion of intestinal to ventral pancreatic precursors results in the formation of giant pancreata in Xenopus embryos. PNAS, Vol. 109. 2012, Issue 22, pp. 8594-9.
Zhao H, Han D, Dawid IB, Pieler T, Chen Y.
(See online at https://doi.org/10.1073/pnas.1206547109)
