Der Einfluss von Retinsäure auf die dorsoventrale Augenachse des Haushuhns

Golz, Sarah; Mey, Jörg

doi:26881

Der Einfluss von Retinsäure auf die dorsoventrale Augenachse des Haushuhns

Golz, Sarah (Author)

2005

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Sarah Golz

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2005

Umfang100 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Mey, Jörg (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2005-09-12

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-13129
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/60552/files/Golz_Sarah.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Biowissenschaften, Biologie (frei) ; retinotektale Projektion (frei) ; Retinsäure (frei) ; Augenachse (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Für die embryonale Entwicklung der Sehbahn entsteht zwischen retinalen Ganglienzellen und ihren Zielneuronen im optischen Tectum eine topographische Verschaltung, die auf räumlichen Gradienten von Zelloberflächenmolekülen basiert. Diese Gradienten werden durch die positionsspezifische Expression von Transkriptionsfaktoren und anderen regulatorischen Signalmolekülen bereits in der frühen Augenanlage initiiert. Ein Modell geht davon aus, dass eine graduelle Verteilung des transkriptionellen Aktivators Retinsäure (RA) über die Augenanlage an der Signaltransduktion bei der Entstehung der Achsenpolarität beteiligt sein könnte. Der tatsächliche Einfluss von RA auf die Expression von ventral und dorsal exprimierten Signalgenen und die axonale Projektion in das optische Tectum ist bisher empirisch nicht gezeigt worden. Bei der Rolle der RA für die Entwicklung dieses Systems konzentrierte sich diese Arbeit neben der neuroanatomischen Untersuchung projizierender dorsaler Ganglienzellen auf die molekulare Analyse von Signalwegen downstream und upstream des RA-Systems.Die molekulare Expressionsanalyse zeigte, dass die Transkriptionslevel der dorsalen Signalmoleküle BMP4 und Tbx5 in der Augenanlage des Huhns nach RA-Behandlung reduziert, und nach Citral-Behandlung erhöht wurden. Die Hypothese, dass RA die Expression der ventralen Transkriptionsfaktoren cVax und Pax2 im Huhn reguliert, konnte hingegen nicht bestätigt werden. Die neuroanatomische Untersuchung am Embryonaltag 18 ergab keine veränderte retinotectale Projektion dorsaler Axone nach RA-Behandlung. Bei der molekularen Analyse des Axonlenkungsmoleküls EphrinB1 in RA-behandelten Embryonen zeigte sich in der früheren Augenanlage keine Veränderung in der Intensität und räumlichen Ausdehnung der Transkripte. Im letzten Teil der Arbeit wurde gezeigt, dass durch virale Infektion der Transkriptionsfaktoren cVax und Tbx5 jeweils die Verteilung der RA-synthetisierenden Enzyme RALDH1 und RALDH3 und der RA-abbauenden Cytochrom-p450-Oxidase beeinflusst wird. Die gestörten Expressionsprofile nach cVax-Infektion könnten so gedeutet werden, dass dieser Transkriptionsfaktor die Expression von Enzymen des Retinoidsystems der ventralen Domäne fördert, und der übrigen medialen und dorsalen Domänen inhibiert. Die Missexpression des dorsalen Faktors Tbx5 erbrachte räumlich verstärkte Expressionssignale des RA-abbauenden Enzyms CYP26A1.Durch die Experimente dieser Arbeit konnte ein Beitrag für die Aufklärung der Rolle der RA-Signaltransduktion im regulatorischen Netzwerk in der Entstehung der Sehbahn erbracht werden: Die Regulation von dorsalen Signalmolekülen im ersten Teil der Arbeit zeigte, dass RA an der Festlegung der dorsoventralen Polarität der Augenanlage beteiligt ist. Die Beobachtung, dass die jeweiligen dominierenden regulativen Transkriptionsfaktoren der dorsalen und ventralen Augenachse den dynamischen Gradienten an RA regulieren, bekräftigt die Rolle der RA an der Determination der dorsoventralen Augenachse.

The transcriptional activator retinoic acid (RA) has a morphogenic role in the embryonic development of vertebrates, especially in the polarization of body axes. It has been proposed to be a determining factor in setting up the dorsoventral polarity of the eye axis, thereby organizing the later developing retinotopic visual projection. The pathfinding of retinal axons along the dorsoventral axis of the visual system is controlled by the family of ephrinB ligands and EphB tyrosine kinase receptors. Their action in turn is regulated by signalling molecules with spatially restricted expression domains in the dorsal (e.g. Tbx5, BMP4) and ventral eye cup (e.g. Pax2, cVax). To test whether RA influences the distribution of this signalling system, its concentration in the early chicken eye anlage was manipulated and subsequently the expression of several signalling molecules was monitored with quantitative RT-PCR. Injections of all-trans RA were found to suppress the expression of the dorsal signals Tbx5 and BMP4, whereas the injection of citral, an inhibitor of retinoic acid synthesis, enhanced the expression of these molecules. In contrast, the distribution of the transcription factors Pax2 and cVax in the ventral eye cup were not affected by changes of retinoic acid concentration. To analyze the effect of exogenous retinoic acid on the retinotectal projection, the projection of dorsal ganglion cells in E18-embryos was studied after anterograde tracing was performed. Irrespective of the RA treatment, all labelled primary axons terminated with a normal condensation zone in the expected position within the lateral part of the contralateral tectum. Additionally the molecular analysis of the axonal guidance molecule ephrinB1 did not show significant differences in the distribution and signal strength of transcripts in RA-treated animals.In the last part of the study it was investigated, how the retinoic acid synthesizing (RALDH) and metabolizing (CYP26A1) enzymes themselves are regulated in this system. After viral transfection of retinal precursor cells with cVax and Tbx5 the distribution of retinoic acid synthesizing and metabolizing enzymes was altered in E6 tissue: In cVax infected retinae transcripts of RALDH1 and CYP26A1 were diminished, whereas RALDH3 transcripts were upregulated. Moreover in the Tbx5 infected retinae CYP26A1 was found to be upregulated. Together, the experiments of this study contribute to the clarification of the RA signalling cascade in the regulatory network of the developing visual system: RA is involved in the determination of the dorsoventral eye polarity by the regulation of dorsal signalling factors. Moreover, the influence of the RA signalling system on the eye axis is reinforced by the finding, that the master transcription factors Tbx5 and cVax themselves regulate the dynamic gradients of RA.

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