Universität zu Köln

Cellular and molecular mechanisms of sebaceous gland morphogenesis and sebaceous tumour formation

Frances, Daniela (2013) Cellular and molecular mechanisms of sebaceous gland morphogenesis and sebaceous tumour formation. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Hair follicles (HFs) and sebaceous glands (SGs) constitute the two essential parts of the pilosebaceous unit in mammalian skin, substantially contributing to the formation of an intact epidermal barrier. Over the past decades, considerable progress has been made in understanding the cellular and molecular mechanisms of HF formation and various stem cell (SC) and progenitor compartments have been described within the HF. Although promising initial studies exist, the formation of the diverse HF SC and progenitor compartments during morphogenesis still remains to be elucidated. In particular, cellular mechanisms of SG morphogenesis occurring in close association with HF development are not well understood. Here, we investigate the spatio-temporal organisation of HF SC and progenitor compartments during HF and SG morphogenesis. HF SC compartments of the future bulge region (Sox9 positive) and the junctional zone of the upper adult HF (Lrig1 positive) are detectable prior SG formation. Our studies reveal that Sox9 and Lrig1 are initially co expressed by cells of the HF. Once the SG starts to form, expression of each marker is localised to distinct cell compartments. Importantly, Lrig1 positive SCs at the upper part of the HF proliferate and give rise to sebocytes by asymmetric cell fate decision. Sox9 positive SCs localise to the future bulge region. In contrast, progenitor cells of the HF isthmus region, expressing MTS24/Plet1 were not detected before SG formation was initiated indicating that these cells are dispensable for SG development. To decipher the origin of cells forming the SG, lineage tracing of basal keratinocytes was performed during HF and SG morphogenesis. Importantly, our data suggest that progeny of multipotent cells labelled in the IFE during embryogenesis can contribute to SG formation independently of HF development. Previously, it has been shown that the small GTPase Rac1 is crucial for maintaining the SC compartment of the HF. Therefore, we have addressed the role of activated Rac1 in tumour formation, differentiation and progression. Interestingly, in addition to sebaceous adenomas, less differentiated tumours (“carcinomas”) were formed upon expression of active Rac1 in mouse epidermis. Expression of HF SC and progenitor markers was increased at the expense of sebocyte differentiation in these tumours. To identify differentially regulated genes in the carcinomas, we have compared sebocytes and basal cells from adenomas with undifferentiated cells from carcinomas. Genes down regulated in carcinoma cells mainly comprise candidates involved in lipid metabolism associated with sebocytes. Interestingly, regulated genes also involve candidates regulating the cell cycle or previously implicated in tumour formation in other tissues. These results suggest that activated Rac1 in sebaceous adenomas influences differentiation and proliferation leading to more progressive tumours.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Haarfollikel (HF) und assoziierte Talgdrüsen (TD) tragen maßgeblich zur Entstehung und Erhaltung der Hautbarriere bei. Zelluläre und molekulare Mechanismen, die an der Entstehung des HFs beteiligt sind, wurden in den letzten Jahren gut charakterisiert und diverse Stammzell (SZ)- und Progenitorpopulationen wurden im HF beschrieben. Erste Untersuchungen zeigen, dass einzelne SZ Marker bereits in der frühen HF-Morphogenese detektiert werden. Bisher ist jedoch noch nicht ausreichend verstanden, wann die verschiedenen SZ- und Progenitorpopulationen des HFs entstehen und ob sie maßgeblich an der Morphogenese von HF und TD beteiligt sind. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die zeitliche und räumliche Anordnung von SZ- und Progenitorpopulationen während der HF-Morphogenese analysiert. Die SZ-Kompartimente der späteren „bulge“-Region (Sox9 positiv) und der „junctional“ Region des oberen adulten HFs (Lrig1 positiv) entstehen noch vor der Entwicklung der TD. Unsere Daten zeigen, dass Sox9 und Lrig1 zunächst gleichzeitig von Zellen des HFs exprimiert werden. Sobald erste Zellen der TD erkennbar waren, wurde Lrig1 Expression im oberen Teil des HFs um die ersten Sebozyten detektiert. Außerdem wurde gezeigt, dass bei der Teilung von Lrig1-positiven SZ durch asymmetrische Zelldeterminierung Sebozyten gebildet werden. Sox9-exprimierende SZ hingegen wurden unterhalb der entstehenden TD, in der zukünftigen HF-„bulge“ detektiert. Im Gegensatz zu den Lrig1- und Sox9-exprimierenden SZ-Populationen wurde die MTS24/Plet1 positive Progenitorpopulation der Isthmus-Region des HFs erst detektiert, nachdem bereits Sebozyten erkennbar waren. Um den Ursprung der Zellen, die die TD bilden zu identifizieren, wurden „lineage“ Analysen während der frühen Hautmorphogenese durchgeführt. Interessanterweise konnten die Abkömmlinge von basalen Zellen der IFE nicht nur in die SZ Region des adulten HFs, sondern unabhängig davon, auch in die TD verfolgt werden. In vorangegangenen Studien wurde gezeigt, dass die kleine GTPase Rac1 eine wichtige Rolle in der Erhaltung des HF SZ Kompartiments spielt. Um nun die Rolle von Rac1 in der Entstehung, Differenzierung und Progression von Hauttumoren zu untersuchen, wurde konstitutiv aktives Rac1 in gutartig differenzierten TD-Tumoren exprimiert. Interessanterweise entstanden neben gutartigen TD-Adenomen auch weniger differenzierte Karzinome. Die Expression von HF SZ Markern war in diesen undifferenzierten Karzinomen erhöht, wohingegen Sebozytendifferenzierung unterdrückt war. Um Änderungen der Genexpression in Karzinomen festzustellen und die Auswirkungen der Aktivierung von Rac1 zu untersuchen, wurden Genexpressionsprofile von Sebozten und Basalzellen aus Adenomen mit undifferenzierten Zellen aus Karzinomen verglichen. In Karzinomzellen waren vor allem Gene des mit Sebozytendifferenzierung assoziierten Lipidmetabolismus herunter reguliert. Zusätzlich konnten wir auch Gene identifizieren, die der Zellzyklusregulation eine Rolle spielen oder bereits mit der Tumorentstehung in anderen Geweben in Verbindung gebracht wurden. Diese Ergebnisse zeigen, dass konstitutiv aktives Rac1 in TD-Tumoren die Differenzierung und Proliferation beeinflusst und zur Bildung von progressiveren Tumoren führt.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Frances, Daniela
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-51337
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    HautUNSPECIFIED
    TalgdrüseUNSPECIFIED
    TumorUNSPECIFIED
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Entwicklungsbiologie
    Language: English
    Date: 16 May 2013
    Date Type: Publication
    Date of oral exam: 14 June 2012
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 07 Jun 2013 09:47:14
    Referee
    NameAcademic Title
    Hammerschmidt, MatthiasProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5133

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