%0 Generic
%A Glaser, Anne
%D 2011
%F heidok:12798
%K Extremitätenentwicklung , SHOX , SHOX2 , Transkriptionsfaktorhomeodomain transcription factor , limb development , mouse, SHOX , SHOX2
%R 10.11588/heidok.00012798
%T Analyse der Redundanz von SHOX und SHOX2 und Identifizierung von Shox2-Zielgenen
%U https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/12798/
%X Die paralogen Gene SHOX und SHOX2 kodieren für Homöodomänen-Transkriptionsfaktoren mit wichtigen Funktionen innerhalb der Embryonalentwicklung. SHOX wurde als menschliches Wachstumskontrollgen identifiziert. Mutationen dieses Gens führen zu den skelettalen Fehlbildungen, die bei Léri-Weill-, Langer-, und Turner-Syndrom beobachtet werden, und sind zudem mit isoliertem Kleinwuchs assoziiert. Analysen mit Hilfe des Mausmodells zeigten, dass Shox2 ebenfalls eine entscheidende Rolle in der Entwicklung der Extremitäten spielt und darüber hinaus für weitere Prozesse, wie z.B. die Herzentwicklung erforderlich ist. Funktionelle Analysen beider Gene ergaben weitgehende Übereinstimmungen hinsichtlich ihrer Expression, subzellulären Lokalisierung, DNA-Bindung sowie ihrer transaktivierenden Eigenschaften. Diese Befunde sprechen für überlappende Funktionen beider Gene. Ein Ziel dieser Arbeit war es, die Redundanz beider Gene mit Hilfe des Maus- und des Hühnermodells genauer zu untersuchen.  Da die Maus kein SHOX-Ortholog besitzt, wurde eine targeting-Strategie entwickelt, um menschliches SHOX unter dem endogenen Shox2-Promotor in die Maus einzubringen und gleichzeitig Shox2 auszuschalten. Dieses Shox2-knockout / SHOX-knockin-Mausmodell würde ein geeignetes Modell darstellen, um die gemeinsamen Funktionen beider Gene zu untersuchen, allerdings war dessen Generierung im Rahmen dieser Arbeit nicht möglich. Daher wurde die Redundanz von Shox und Shox2 mit Hilfe vergleichender Expressionsanalysen in Maus und Huhn untersucht. Es zeigte sich dabei, dass Shox und Shox2 in unterschiedlichen Bereichen des Kiefers und der Extremitäten exprimiert sind. Im Nervensystem stimmen die Expressionsmuster beider Gene weitgehend überein, wobei Shox2 etwas breiter exprimiert ist. Dies spricht für gemeinsame Funktionen beider Gene und könnte erklären, warum der Verlust von SHOX bisher mit keinem menschlichen neuronalen Phänotyp in Verbindung gebracht werden konnte. Möglicherweise kann SHOX2 bei einem Verlust des SHOX-Gens die Funktion in der neuronalen Entwicklung vollständig übernehmen.  Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Rolle von Shox2 in der murinen Gliedmaßenentwicklung näher untersucht. Um Einblicke in Shox2-abhängige Signalwege zu erlangen sollten Zielgene von Shox2 isoliert werden. Mit Hilfe von microarray-Analysen und nachfolgenden qRT-PCR-Analysen wurde Tbx4 als interessantestes Kandidatengen identifiziert. Unter Verwendung des Shox2-knockout-Mausmodells konnte durch whole mount in situ Hybridisierungen und quantitative Analysen gezeigt werden, dass Shox2 die Expression von Tbx4 spezifisch in den Vordergliedmaßen beeinflusst. Nachfolgende Experimente mit Hilfe eines Tbx4-defizienten Mausmodells ergaben wiederum, dass Tbx4 Shox2 in Vorder- und Hinterbeinen positiv reguliert und es sich bei dem zuvor beobachteten Effekt von Shox2 auf Tbx4 wahrscheinlich um einen feedback-Mechanismus handelt. Luziferase-Assays und EMSA-Studien zeigten außerdem, dass es drei TBX4-Bindestellen im genomischen Promotorbereich von SHOX2 gibt und es sich bei dem Einfluss von Tbx4 auf Shox2 um eine direkte Regulation handelt.  Damit konnte Tbx4 im Rahmen dieser Arbeit als erster direkter Regulator von Shox2 in der Gliedmaßenentwickung charakterisiert werden, was auf eine mögliche Rolle von Shox2 bei der Initiation des Auswachsens und der Identitätsgebung von Extremitätenknospen hinweist. Weiterhin trägt die Regulation von Shox2 durch Tbx4 zur Aufklärung der Tbx4-involvierten Signalwege in Prozessen wie Muskel- und Skelettentwicklung bei. Erstmalig konnte damit die Beteiligung von Shox2 an einem transkriptionellen feedback-Mechanismus demonstriert werden.