Das ventrolaterale Dermomyotom und seine Derivate

Abstract

Das Homöobox-Gen Lbx1 wird in Zellen des ventro-lateralen Dermomyotoms in Somiten exprimiert, die nach ihrer Delaminierung eine migrierende Muskelvorläuferpopulation bilden, um die Muskeln der Extremitäten, des Zwerchfells und der Zunge zu generieren. Um alle Derivate Lbx1-exprimierender Zellen zu detektieren, verwendete ich Lbx1cre/Rosa26-Mäuse, in denen Lbx1-Tochterzellen durch Cre vermittelte Rekombination konstitutiv ß-Galaktosidase synthetisieren. Ich konnte Tochterzellen des Lbx1-exprimierenden Dermomyotoms in Ko-Lokalisation mit Endothelzellen in weiten Bereichen des Körpers, u.a. in der Niere, darstellen. Zudem zeigte ich, dass Lbx1-Tochterzellen Teile des braunen Fettgewebes bilden. Bei der Analyse von Lbx1cre/Met-/-/Rosa26-Embryonen beobachtete ich, dass endotheliale Derivate Lbx1-exprimierender Zellen unabhängig von Met-SF/HGFSignalen vom ventro-lateralen Dermomyotom delaminieren können. Die Muskelvorläuferzellen hingegen verbleiben ohne Met-Signale im Dermomyotom. Die Untersuchung dieser Embryonen zeigte weiterhin, dass proximale Muskeln der Zunge auch in Abwesenheit von Met vorhanden sind, und demnach nicht von migrierenden Muskelvorläuferzellen aus den okzipital lokalisierten Somiten der Embryonalachse gebildet werden. Durch die Analyse von Mesp1cre/Met-/-/Rosa26-Embryonen konnte ich zeigen, dass diese residualen Muskeln ihren Ursprung im kranialen, paraxialen Mesoderm haben, und die Zungenmuskulatur somit einen dualen Ursprung besitzt. Im zweiten Teil meiner Promotionsarbeit habe ich in der Maus die Funktion von RBP-J, dem hauptsächlichen Effektormolekül des Notch-Signalwegs, in Muskelvorläuferzellen untersucht. Die konditionelle Deletion von Rbp-j in Rbp-j/Lbx1cre-Embryonen führte zu einer gesteigerten Differenzierung von Muskelvorläuferzellen schon am Entwicklungstag E11.5, was zu einem raschen Verlust der Muskelvorläuferpopulation führte. Diese frühe Depletion der Vorläuferzellen resultierte in einer Größenreduktion der Muskelgruppen. Besonders auffallend war der Verlust aller Satellitenzellen in den Muskeln der mutanten Tiere. Satellitenzellen werden von Muskelvorläuferzellen in der perinatalen Periode gebildet. Da Vorläuferzellen zu diesem Zeitpunkt bereits depletiert waren, konnten sie nicht gebildet werden. Zusätzlich wurde Pax7 in den Vorläuferzellen der Rbp-jmutanten Embryonen nicht korrekt exprimiert. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass RBP-J eine essenzielle Funktion für den Erhalt von myogenen Vorläuferzellen und für die Bildung von Satellitenzellen ausübt.

The homeobox gene Lbx1 is expressed in the ventro-lateral lip of the dermomyotome that delaminates a migrating muscle precursor population known to generate muscles of the extremities, the diaphragm and the tongue. Using genetic lineage tracing, i.e. Lbx1cre/Rosa26 mice, I was able to trace all descendants of Lbx1 expressing cells due to their constitutive expression of ß-galactosidase. Daughter cells of the Lbx1 expressing dermomyotome were found to generate endothelia at many sites in the embryo, for example in the kidney. Analyzing Lbx1cre/Met-/-/Rosa26 embryos, I detected endothelial Lbx1-descendants even in the absence of Met. Thus, future endothelial cells delaminate and migrate independently of Met-SF/HGF-signals, whereas delamination of myogenic precursor cells requires Met. I also found that Lbx1 descendants generate specific brown fat tissue at particular locations in the embryo. My analysis revealed that residual tongue muscle is present even in the absence of Met, i.e. in the absence of somitic cells. Mesp1cre/Met-/-/Rosa26 animals allowed me to trace muscle progenitor cells that generate these residual muscle groups in Met mutants to the cranial paraxial mesoderm. These results demonstrate a dual origin of tongue muscle, and show that cells from the somites and the cranial paraxial mesoderm contribute to this particular head muscle. In the second part of my work I analyzed the function of RBP-J, the main transcriptional mediator of Notch signals, in the developing muscle. The conditional deletion of Rbp-j in Rbp- jflox/flox/Lbx1cre embryos resulted in broad and early myogenic differentiation, which was accompanied by a depletion of the myogenic precursor pool. This resulted in the formation of small muscles. Due to the absence of myogenic progenitors, satellite cells were not generated in the Rbp-j mutants. Taken together the results reveal an essential function of RBP-J in the maintenance of muscle progenitor cells by suppressing myogenic differentiation.