German Title: Transkriptionelle Regulation des Gewebstrennungsverhaltens während der Gastrulation von Xenopus laevis

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Abstract

During Xenopus gastrulation, the involuting mesoderm gets into contact with the inner layer of the blastocoel roof. However, the two tissues do not fuse but remain separated from each other by Brachet’s cleft. Key molecules for tissue separation are Paraxial Protocadherin (PAPC) and the Xenopus Frizzled 7-receptor (xFz7), which contribute to non-canonical Wnt-signalling and activate Rho, JNK and PKC. To determine whether PAPC and xFz7 also play a role in regulating the transcription of target genes to elicit tissue separation, microarray analysis was performed on the Agilent Xenopus oligo microarray system. I compared the transcriptomes of wildtype animal caps to animal caps in which tissue separation behaviour was induced by the overexpression of PAPC and xFz7. In animal cap tissue ectopically expressing PAPC and xFz7, I identified 56 upregulated and 58 downregulated genes. The array results were confirmed for a subset of these genes by qRT-PCR and “whole mount” in situ-hybridisations. Among the group of downregulated genes, I identified xGit2 and xRhoGAP 11A, two GTPase-activating proteins (GAP) for small GTPases. Both proteins are not described in Xenopus yet and were named after their human homologues Git2 and RhoGAP 11A. xGit2 and xRhoGAP 11A are expressed in the dorsal ectoderm, and their transcription is downregulated in the involuting dorsal mesoderm by PAPC and xFz7. Overexpression of xGit2 and xRhoGAP 11A inhibits RhoA activity and impairs convergent extension movements as well as tissue separation behaviour. Therefore I propose that Rho activity in the involuting mesoderm is enhanced through inhibition of xGit2 and xRhoGAP 11A transcription by PAPC and xFz7. xRhoGAP 11A and xGit2 are restricted to the dorsal ectoderm by PAPC and xFz7, while Rho signalling is inhibited.

Translation of abstract (German)

Während der Gastrulation in Xenopus laevis kommt das einwandernde Mesoderm in direkten Kontakt mit der inneren Schicht des Blastocoeldaches, doch die beiden Gewebe verschmelzen nicht miteinander, sondern bleiben durch die Brachet’sche Spalte getrennt. Schlüsselmoleküle für das Gewebstrennungsverhalten sind das Paraxiale Protocadherin (PAPC) und der Xenopus Frizzled 7-Rezeptor (xFz7), die zu nicht-kanonischen Wnt-Signalwegen beitragen, indem sie RhoA, JNK und PKC aktivieren. Um herauszufinden, ob PAPC und xFz7 auch eine Rolle bei der transkriptionellen Genregulation spielen, um Gewebstrennungsverhalten hervorzurufen, wurden Microarrayexperimente auf dem Agilent Xenopus Microarray-System durchgeführt. Dabei habe ich das Transkriptom von animalen Kappen des Wildtyps mit dem Transkriptom von animalen Kappen, in denen Gewebstrennungsverhalten durch die Überexpression von PAPC und xFz7 induziert worden war, verglichen. In animalem Kappengewebe, das PAPC und xFz7 ektopisch exprimierte, identifizierte ich 56 hoch und 58 herunter regulierte Gene. Die Ergebnisse der Microarrays wurden für einen Teil dieser Gene durch qRT-PCR und „whole mount“ in situ-Hybridisierung bestätigt. In der Gruppe der herunter regulierten Gene identifizierte ich xGit2 und xRhoGAP 11A, zwei GTPase aktivierende Proteine (GAPs) für kleine GTPasen. Beide Proteine sind in Xenopus bisher nicht beschrieben, und wurden daher nach ihren humanen Homologen Git2 und RhoGAP 11A benannt. xGit2 und xRhoGAP 11A werden im dorsalen Ektoderm exprimiert. Ihre Transkription wird im involutierenden dorsalen Mesoderm von PAPC und xFz7 herunter reguliert. Überexpression von sowohl xGit2 als auch xRhoGAP 11A hemmt die RhoA-Aktivität und behindert konvergente Extensionsbewegungen sowie Gewebstrennungsverhalten während der Gastrulation. Daher schlage ich vor, dass die RhoA-Aktivität im involutierenden Mesoderm durch die Hemmung der Transkription von xGit2 und xRhoGAP 11A durch PAPC und xFz7 verstärkt wird. xRhoGAP 11A und xGit2 werden durch PAPC und xFz7 auf das dorsale Ektoderm beschränkt, wo die RhoA-Signalgabe gehemmt ist.