Role of CXCR4 and Gab1 in the development of muscle precursor cells

Abstract

By the use of the microarray technology I have determined the gene expression profile of migrating muscle precursors of Lbx1GFP/+ and Lbx1GFP/GFP mutant mice. Among the expressed genes, the chemokine receptor CXCR4 was identified. Expression of CXCR4 was downregulated in Lbx1GFP/GFP mutant mice in muscle precursors of the limb, but not in those cells that migrate to the tongue anlage. The CXCR4 ligand, SDF1, is expressed in the mesenchyme of the limb and the first branchial arch, the targets of the migrating cells. In my thesis, I analyzed the function of CXCR4 signaling in the development of migrating muscle precursors. Gain-of-function experiments of chick embryos demonstrate that SDF1 can provide attractive cues for muscle precursor cells and suppress their differentiation. Analysis of CXCR4 mutant mice demonstrates changes in the distribution of migrating muscle precursors in the dorsal limb and branchial arches. These changes were accompanied by increased apoptosis, indicating that CXCR4 signals provide not only attractive cues but control also survival. Furthermore, I found that CXCR4 and Gab1 interact genetically. Both CXCR4 and Gab1 mutations interfere with appropriate distribution and survival of migrating muscle precursor cells. However, in CXCR4;Gab1 mutant mice the migrating muscle precursors are affected more strongly than in either of the single mutants. For instance, migrating muscle precursor cells arrive at the anlage of the tongue in CXCR4 and Gab1 mutant mice, but fail to reach this site in the CXCR4;Gab1 double mutant mice. The genetic interaction of CXCR4 and Gab1 might reflect a cross-talk between signaling cascades employed by G-protein coupled receptors and tyrosine kinases.

Das Homeobox Gen Lbx1wird ausschliesslich in wandernden Muskelvorläuferzellen, nicht aber in anderen Muskelzellen exprimiert. In meiner Doktorarbeit habe einen Mausstamm, der ein Lbx1GFP Allel trägt, konstruiert und diesen Tiere benutzt, um GFP+ Muskelvorläuferzellen durch FACS sorting zu isolieren. Mittels DNA-Microarry-Technologie erstellte dann ich das Genexpressionsprofil von wandernden Muskelvorläuferzellen aus Lbx1GFP/+ und Lbx1GFP/GFP Embryonen. So konnte ich bestimmen, dass der Chemokine-Rezeptor CXCR4 in Muskelvorläuferzellen von Lbx1GFP/GFP mutanten Mäusen schwächer exprimiert ist als in den Zellen der Lbx1GFP/+ Kontrolltiere. SDF1, der Ligand von CXCR4 in den Zielgebieten der wandernden Muskelvorläuferzellen, dem Mesenchym der Extremitäten und Branchialbögen exprimiert. Gain-of-function Experimente an Hühnerembryonen zeigen, dass SDF1 als chemoattraktives Signal für Muskelvorläuferzellen wirkt und eine Differenzierung der Zellen verhindert. In CXCR4 mutanten Mäusen ist die Verteilung der Muskelvorläuferzellen in den dorsalen Extremitäten und den Branchialbögen fehlerhaft. Diese Änderung geht mit einer verstärkten Apoptoserate einher. Dies zeigt, dass CXCR4 sowohl für die Wanderung, als auch für das Überleben der Muskelvorläuferzellen eine Rolle spielt. Zudem konnte ich in meiner Arbeit eine genetische Interaktion zwischen CXCR4 und Gab1 nachweisen. Sowohl die CXCR4 als auch die Gab1 Mutation führt zu einem veränderten Verteilung und einer erhöhten Apopotose der Muskelvorläuferzellen. Allerdings ist in CXCR4;Gab1 doppelmutanten Mäusen die Wanderung der Muskelvorläufer stärker beeinträchtigt als in den jeweiligen Einzelmutanten. Zum Beispiel wandern Muskelvorläufer in CXCR4;Gab1 doppeltmutanten Mäusen nicht in die Zungenanlage ein, während dies für Muskelvorläuferzellen in CXCR4 bzw. Gab1 mutanten Mäusen der Fall ist. Diese genetische Interaktion zwischen CXCR4 und Gab1 deutet auf eine Interaktion der Signalkaskaden von G-Protein gekoppelten Rezeptoren und Tyrosinkinaserezeptoren hin.