Universität zu Köln

Funktionale Charakterisierung von Nidogen anhand gewebespezifischer Entwicklungsvorgänge

Böse, Kerstin (2005) Funktionale Charakterisierung von Nidogen anhand gewebespezifischer Entwicklungsvorgänge. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Basalmembranen sind dünne Schichten der Extrazellulären Matrix und spielen sowohl während der Embryonalentwicklung als auch im adulten Organismus eine zentrale Rolle. Das in Vertebraten durch zwei Isoformen repräsentierte Nidogen stellt eine ubiquitäre Komponente der Basalmembranen dar. Aufgrund der in vitro nachgewiesenen Interaktionen mit den beiden Netzwerke-ausbildenden Molekülen Laminin und Kollagen IV, sowie dem Heparansulfat-Proteoglycan Perlecan wurde Nidogen eine integrative Funktion bei der Assemblierung von Basalmembranen zugesprochen. Die Etablierung von Nidogen-defizienten Mauslinien demonstrierte jedoch, dass Nidogen in vivo nicht generell für die Assemblierung von Basalmembranen notwendig ist. Trotz dieser überraschenden Tatsache sind Nidogen 1/2-defiziente Mäuse nicht lebensfähig und bilden gewebespezifische Defekte aus, wie z.B. Syndaktylie der Vorder- als auch Hinterextremitäten. Ziel dieser Arbeit war die Charakterisierung der Funktion von Nidogen in spezifischen Entwicklungsmechanismen. Es konnte gezeigt werden, dass in Nidogen 1/2-defizienten Gliedmaßen die Basalmembran mit Ausbildung der Apikalen Ektodermalen Randleiste (AER) im distalen Bereich der Extremitätenknospe ihre Integrität verliert. Trotz Aufbau einer morphologisch intakten Basalmembran in späteren Entwicklungsstadien führt die lokale Auflösung der epitheliomesenchymalen Kompartimentgrenze zur Ausbildung einer ektopischen mesenchymalen Zellschicht im distalen Bereich der Autopodien. Diese strukturellen Veränderungen gehen mit einer reduzierten Expression der Apoptose-vermittelnden Moleküle Bmp2 und Bmp7 einher, der vermuteten Ursache der Syndaktylie. Nidogen 1/2-defiziente Extremitäten zeigen außerdem mit geringer Penetranz einen Verlust anteriorer Skelettelemente entlang der gesamten proximodistalen Achse, eine Phänokopie der AER-spezifischen Fgf8-Defizienz. Tatsächlich konnten in den Nidogen 1/2-defizienten Extremitätenknospen sowohl morphologische als auch funktionelle Veränderungen in der AER, der Expressionsdomäne von Fgf8, nachgewiesen werden. Neben einer anterior verkürzten, weniger kompakt ausgebildeten und medial unterbrochenen AER, führt die defekte Barriere zu einer erleichterten Diffusion des FGF8-Proteins in das Mesenchym und mutmaßlich zu einer Veränderung der Signaltransduktion. Anhand der Entwicklung der Unterkieferspeicheldrüse wurde die Auswirkung der Nidogen 1/2-Defizienz auf die epitheliale Verzweigungsmorphogenese untersucht. Während der Phänotyp in vivo begrenzt ist, konnte in einem ex vivo-System die anhand von Blockierungsexperimenten vermutete Funktion von Nidogen bei der Speicheldrüsenmorphogenese bestätigt werden. Dabei korelliert die Reduktion epithelialer Verzweigung mit dem Verlust der Assemblierung von subepithelialen Basalmembranen in Nidogen 1/2-defizienten Explantaten. Inwiefern die hochaffine Interaktion von Nidogen und Laminin bei der epithelialen Morphogenese essentiell ist, sollte mit Hilfe eines Mausmodells untersucht werden. Die im Rahmen dieser Arbeit etablierten transgenen Linien, die ein mit der Bindung von Nidogen an Laminin konkurrierendes Peptid spezifisch in den sich ebenfalls über Verzweigungsmorphogenese entwicklenden Milchdrüsenepithelien sezernieren, konnten aufgrund von zu schwacher Expression nicht zur Klärung dieser Frage beitragen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Basalmembranen in Nidogen 1/2-defizienten Mäusen nicht alle gewebespezifischen Ansprüche während der Organogenese erfüllen. Dabei vermittelt Nidogen nicht nur die mechanische Stabilität der Basalmembran sondern nimmt auch Einfluss auf die Signalwirkung im angrenzenden Gewebe.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Basement membranes are highly specific sheets of the extracellular matrix that play essential roles during development and later tissue maintenance. Nidogens are ubiquitous basement membrane glycoproteins consisting of two isoforms. They have been suggested to play a crucial role in the assembly of basement membranes, in particular in building up ternary complexes between the main components, the network forming laminins and collagen type IV as well as perlecan. Since mice lacking both nidogen isoforms synthesize basement membranes and undergo complete embryonic development this model needs to be modified. The aim of this study was to investigate the role of nidogens in diverse developmental mechanisms. Nidogen 1/2-deficient mice develop a fully penetrant soft tissue syndactyly in fore- as well as hindlimbs. The data presented here show that the basement membrane underneath the distal ectoderm gets disrupted during the establishment of the apical ectodermal ridge (AER), a specialised signalling centre. Although the basement membrane is restored as the limb buds grow out, mesenchymal cells protrude through the defect barrier and establish an ectopic cell layer on the distal surface of the autopod. This rupture of compartmentalisation is accompanied by a decrease in expression of the apoptotic signaling molecules Bmp2 and Bmp7 and subsequent syndactyly. Beside this structural defect a minority of nidogen 1/2-deficient mice show hypoplasia of anterior skeletal elements along the entire proximodistal axis, a phenocopy of AER-specific Fgf8-disruption. Deficiency of both nidogen isoforms results in anterior truncation, less compaction and splitting of the Fgf8-expression domain, the AER. Furthermore, the loss of basement membrane integrity leads to a diffusion of FGF8-protein into the underlying mesenchyme and likely alters its signalling capabilities. In order to verify the via blocking experiments predicted role of nidogens during epithelial morphogenesis, development of the submandibular gland was investigated. While newborn nidogen 1/2-deficient mice show only a slight reduction in epithelial branches, the culture of embryonic explants revealed a strong defect in branching morphogenesis. Consistent with this defect Nidogen 1/2-deficient explants do not assemble any subepithelial basement membrane. Transgenic mice secreting the nidogen-binding-site in mammary gland epithelial cells have been generated to investigate the importance of the interaction between nidogen and laminin during epithelial morphogenesis. Low expression of the transgene hampered the attempts to answer this question. The new findings presented in this thesis demonstrate the tissue-specific necessity of nidogens during organogenesis. This still leaves the possibility that nidogens do not exclusively act by maintaining structural stability but also by establishing an environment for proper signalling.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Böse, Kerstinakd86@uni-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-16189
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Basalmembran, Nidogen, Extremitäten, SpeicheldrüsenGerman
    basement membrane, nidogen, limbs, salivary glandsEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Biochemie II
    Language: German
    Date: 2005
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 28 November 2005
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 11 Jan 2006 15:54:52
    Referee
    NameAcademic Title
    Paulsson, MatsProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1618

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