Funktionelle Charakterisierung der Transkriptionsfaktoren Nkx2.2 und Arx in der Entwicklung der endokrinen Zellen im murinen Pankreas
Die Bauchspeicheldrüse lässt sich gemäß ihrer funktionalen Eigenschaften in zwei Kompartimente unterteilen: Exokrine Zellen zur Produktion von Verdauungsenzymen und endokrine Zellen zur Produktion Blutzucker-regulierender Hormone. Endokrine Zellen aggregieren typischerweise in kugelförmigen Anordnungen, den Langerhans'schen Inseln, die im exokrinen Gewebe eingebettet sind. Es werden fünf endokrine Zelltypen aufgrund ihrer Hormonproduktion unterschieden: Beta-, Alpha-, Delta-, PP- und Epsilon-Zellen welche Insulin, Glucagon, Somatostatin, Pankreatisches Polypeptid bzw. Ghrelin produzieren. Die Differenzierung pankreatischer Vorläuferzellen in diese endokrinen Subtypen unterliegt der Steuerung durch diverse Transkriptionsfaktoren. Knockout- und Überexpressions-Studien haben offenbart, dass der Transkriptionsfaktor Arx für die Ausbildung Glucagon-produzierender Alpha-Zellen essenziell ist. Arx-Knockout Mäuse entwickeln keine Alpha-Zellen wohingegen die Populationen der Beta- und Delta-Zellen vergrößert ist (Collombat et al., 2003). Die Überexpression von Arx in pankreatischen Vorläufern resultiert in einer Zunahme von Alpha- aber auch PP-Zellen auf Kosten der Beta-und Delta-Zellpopulation (Collombat et al., 2007). Nkx2.2, ein Transkriptionsfaktor aus der Klasse der NK-Homeobox-Gene, In Nkx2.2-Knockout-Mäusen sind die Beta- und Alpha-Zell Populationen stark reduziert, wohingegen ein Ghrelin-exprimierender Zelltyp dominiert. Interessanterweise sind in Nkx2.2-defizienten Pankreata fünf-fach erhöhte Arx-Transkriptmengen zu detektieren (Sussel et al., 1998, Chao et al., 2007). Daraus ergab sich die Frage nach der funktionellen Verbindung von Nkx2.2 und Arx. Detaillierte Analysen der Pankreata von Wildtypen, Nkx2.2-/- / Arx- Einfach- und Doppelmutanten, lassen den Schluss zu, dass die kombinierte Aktivität von Nkx2.2 und Arx zur Entwicklung der Alpha-Zellen notwendig ist. Im Gegensatz dazu erscheint Nkx2.2 in entstehenden Beta-Zellen notwendig zur Kontrolle der Arx-Expression. Wie bereits angesprochen resultiert die Überexpression von Arx in pankreatischen Vorläufern in der Bildung zahlreicher Glucagon- aber auch PP-exprimierender Zellen (Collombat et al., 2007). Daraus ergaben sich die Fragen ob (1.) Arx ausreichend ist um diese Differenzierungsprogramme zu aktivieren und (2.) in welchem spatio-temporalen Kontext diese Programme initiiert werden. Zur Beantwortung dieser Fragen wurde eine transgene Linie erzeugt, mit Hilfe derer ein chemisch induzierbares ArxER-Fusionsprotein in pankreatischen Vorläuferzellen Arx-defizienter Tiere aktiviert werden konnte. Die Aktivierung von ArxER zu frühen Stadien der Pankreatogenese resultierte dabei in der vornehmlichen Bildung Glucgon+ Zellen wohingegen die Aktivierung ab Embryonaltag 13.5 zusätzlich in der Bildung zahlreicher PP+ Zellen resultiert. Diese Ergebnisse zeigen, dass Arx ausreichend ist um diese Differenzierungsprogramme zu aktivieren. Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit war die Funktion des Transkriptionsfaktors Pax4 in Beta-Zellen adulter Mäuse. Mehrere Studien offenbarten, das Pax4 zur Bildung der Beta-Zellen essenziell ist. In Pax4-Knockout-Tieren ist die Entwicklung von Beta-Zellen fast vollständig verhindert (Sosa-Pineda et al., 1997). Aufgrund der daraus resultierenden frühen Letalität dieser Mutanten (2 Tage nach der Geburt) blieb jedoch offen ob Pax4 auch in reifen Beta-Zellen adulter Tiere eine Funktion zukommt. Zur Beantwortung dieser Frage wurde eine konditionale Pax4-Knockout Linie erzeugt. Die Beta-Zell spezifische Deletion von Pax4 mit Hilfe einer Insulin-Cre Linie führte zu keiner offensichtlichen Beeinträchtigung normaler Beta-Zellfunktionen in der Maus. Diese Ergebnisse zeigen, dass Pax4 zwar maßgeblich an der Spezifizierung endokriner Vorläufer in Richtung eines Beta-Zellschicksals beteiligt ist, aber mit beginnender Insulin-Produktion redundant wird.
570 Biowissenschaften, Biologie, Biologie, Transkriptions Faktor, Pankreas, Differenzierung, transcription factor, pancreas, differentiation, 42.23, W
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