Die Funktion von Pax2 in der Entwicklung des Mittelhirns

Bereits früh in der Gehirn-Entwicklung wird ein wichtiges Signalzentrum an der Grenze von Mittelhirn und Rhombenhirn gebildet, das in weiterer Folge die Entwicklung von Mittelhirn und Kleinhirn steuert. Durch gezielte Mutagenese konnte eine Reihe von Genen identifiziert werden denen eine Schlüsselrolle in diesem Prozeß zukommt, darunter auch Pax2. Trotzdem ist noch wenig über regulatorische Interaktionen dieser Gene bekannt. Mit Hilfe eines Fusions-proteins, das sich durch Hormongabe aktivieren läßt, werde ich versuchen Pax2 Targetgene zu identifizieren und damit die Position von Pax2 in der genetischen Hierarchie bestimmen. Außerdem präsentiere ich ein Modell, in dem Pax2 als Repressor von Otx2 fungiert und dadurch die Position des Signalzentrums fixiert. Gewebekultur Experimente unterstützen dieses Modell, wie auch in vivo Experimente an Frosch Embryonen. In beiden Fällen kommt es zu einer massiven Repression der Otx2 Aktivität durch Pax2. Diese Trans-repression ist ein gänzlich neuer Aspekt der Pax2 Funktion und wird im Rahmen dieses Projektes genau analysiert werden.

Signalzentren haben große Bedeutung während der Embryonalentwicklung. So wird während der Bildung des Vertebratenhirns ein Signalzentrum an der Grenzfläche zwischen Mittel- und Rhombenhirn gebildet. Pax2 ist eines der Gene die daran beteiligt sind und um die genetische Basis dieser Struktur besser zu verstehen haben wir den Versuch gestartet die genaue Position von Pax2 im genregulatorischen Netzwerk zu verstehen. Wir haben dazu Fisch- und Froschsysteme getestet, schließlich zeigte aber ein Huhn-System die besten Ergebnisse. Erste Experimente mit induzierbaren Versionen von Pax2 zeigten vielversprechende Ergebnisse und sollten uns einen Schritt weiterbringen um die genetischen Pathways von Signalzentren besser zu verstehen. Resultate Während der frühen Entwicklung des Vertebratenhirns wird ein Signalzentrum an der Grenzfläche zwischen Mittel- und Rhombenhirn etabliert, das die Bildung der benachbarten Hirnregionen, dem Mittelhirn und dem Kleinhirn, steuert. Die große Bedeutung dieses Signalzentrums wird durch Transplantationsexperimente gezeigt, bei denen die organisierenden Funktionen auf andere Hirnbereiche übertragen werden können. Mehrere Gene, darunter Mitglieder der Pax-, Engrailed-, Fgf- und Wnt-Familien, sind von entscheidender Bedeutung für diesen Prozess, allerdings ist noch wenig über das genregulatorische Netzwerk bekannt. Pax2 gehört zur Familie der Pax-Gene und wird in dieser Region exprimiert. Um Pax2 regulierte Gene zu identifizieren haben wir induzierbare Versionen von Pax2 konstruiert, die durch externe Gabe von bestimmten Pharmaka an- und abgedreht werden können. Ein System basiert auf Glukokorkoiden, ein zweites auf Rapamycin. In weiterer Folge testeten wir verschieden experimentelle Systeme für die Missexpression dieser Konstrukte. mRNA Injektionen in den kleinen japanischen Medakafischen und Fröschen (Xenopus) waren aufgrund hoher Toxizität von Pax2 während der Gastrulation nicht geeignet. Elektroporation von Hühnerembryos allerdings eliminiert die Probleme während der frühen Embryonalentwicklung und erlaubte daher effiziente Überexpression von Pax2 während der Entwicklung des Signalzentrums. Der nächste Schritt wird daher die Anwendung der induzierbaren Pax2 Konstrukte sein um Zielgene von Pax2 zu identifizieren.