Die Funktion des Zinkfinger-Transkriptionsfaktors Insm1 in der Entwicklung der Adenohypophyse

Abstract

Die Adenohypophyse ist das zentrale Organ des neuroendokrinen Systems. Über die Ausschüttung von Hormonen steuert sie physiologische Funktionen wie Wachstum, Metabolismus, Fortpflanzung und Laktation, und die Reaktion auf Stress. Der Zinkfinger-Transkriptionsfaktors Insm1 wird während der Entwicklung der endokrinen Zellen der Hypophyse ausgeprägt. Um die Bedeutung von Insm1 in den endokrinen Zellen dieses Organs zu untersuchen, analysierte ich Insm1-mutante Mäuse. Dabei zeigte sich, dass die verschiedenen endokrinen Zellen der Adenohypophyse zwar spezifiziert wurden, dass deren terminale Differenzierung jedoch blockiert war. Meine weiteren Analysen ergaben, dass die Expression wichtiger Transkriptionsfaktoren, die die Differenzierung steuern, in den Mutanten beeinträchtigt war. Außerdem wurden für die Adenohypophyse charakteristische Hormone und weitere, für endokrine Zellen typische Gene, wie Granine und Prohormonkonvertasen, in Insm1-mutanten Mäusen nicht oder nur schwach ausgeprägt. Eine genomweite Expressionsanalyse zeigte auch, dass in der Adenohypophyse Insm1-mutanter Mäuse verschiedene Muskel- spezifische Gene ektopisch exprimiert wurden. Somit erschienen Gene, deren Expression normalerweise typisch für mesodermale Strukturen ist, in diesen Tieren in einem ektodermalen Derivat. Zusammengefasst zeigten meine Analysen also, dass Insm1 für terminale endokrine Differenzierungsprogramme essentiell ist und gleichzeitig Gene fremde Differenzierungsprogramme supprimiert. Weiterhin konnte ich in Protein-Protein-Interaktionsstudien nachweisen, dass Insm1 Proteine bindet, die die Chromatinstruktur beeinflussen. So interagiert Insm1 mit Lsd1, einer Lysin-spezifischen Demethylase, mit den Histondeacetylasen HDAC1 und -2 sowie den Ko-Repressoren Rcor1-3. Dieser Komplex katalysiert die Entfernung von Histonmodifikationen wie z.B. H3K4me2 und H3K9me2, welche die Transkription fördern. Insm1 wirkt also als epigenetischer Regulator der Genexpression. Damit kommt Insm1 eine Schlüsselrolle bei der Differenzierung endokriner Zellen der Adenohypophyse zu.

The pituitary gland plays a central role in the endocrine system. Via hormone secretion it regulates many physiological functions like growth, metabolism, reproduction and lactation, and the response to stress. The zincfinger transcription factor Insm1 is expressed in the pituitary gland during development. To assess Insm1 functions in the generation of the endocrine cells of this organ, I analyzed Insm1-mutant mice. In such mutant mice, the endocrine cells of the anterior pituitary gland were specified, but they did not terminally differentiate. In particular, the expression of key transcription factors, which regulate endocrine differentiation was deregulated in the mutants. Moreover, the hormones characteristic of the pituitary gland and other proteins typically expressed in endocrine cells, such as granins and prohormoneconvertases, were either absent or expressed at low levels in Insm1-mutant mice. A genome-wide analysis of gene expression also showed that several muscle-specific genes were expressed ectopically in the anterior pituitary glands of Insm1-mutant mice. Thus, Insm1 mutant mice the mesodermal genes were ectopically activated in an ectodermal derivative. My analysis showed that Insm1 is essential for programs of terminal differentiation in endocrine cells and that it concomitantly suppresses the inappropriate activation of other gene expression programs. Furthermore, my protein-protein interaction studies demonstrated that Insm1 binds to proteins that regulate chromatin structure. Insm1 forms complexes with Lsd1, a lysine- specific demethylase, with the histone deacetylases HDAC1 and -2 as well as with the corepressors Rcor1-3. These complexes catalyze the removal of activating histone modifications including H3K4me2 und H3K9me2. Hence Insm1 acts as an epigenetic regulator of gene expression and plays a pivotal role in endocrine differentiation in the anterior pituitary gland.