Investigations into Expression and Function of the Murine Fam181 Gene Family

Abstract

In two independent screens for the identifcation of cyclically-expressed genes in the presomitic mesoderm (PSM) of the mouse embryo, Fam181b was predicted to display oscillating expression. This gene, as well as its closely related paralogue Fam181a, belong to the Fam181 gene family which is thus far uncharacterized. In this thesis, the expression patterns for Fam181a and Fam181b both during murine embryonic development, and in adult organs, are characterized. Both genes are mostly differentially expressed, starting at E7.5 and gaining complexity as development proceeds. Fam181a transcripts are mainly detectable in the neural tube, the brain vesicles, and the eye anlagen. Fam181b is also expressed in precursor structures of the central nervous system (CNS), and further in neural crest derived tissues, the PSM, the lateral plate mesoderm (LPM), and the limb anlagen. Since their expression patterns overlap in the CNS, this indicates a possible function for the Fam181 gene family in the neural lineage. The expression analysis further confirmed the predicted oscillation of Fam181b in the PSM. It was found to cycle in parallel to morphological somite formation (every 120 min in mice), and is in- phase with target genes of the Notch signalling pathway. Both PSM and LPM expression of Fam181b are detectable in wild-type CD1 and NMRI outbred strains, but not in the C57BL/6J and 129s2 mouse strains. This points to a dependency of Fam181b transcription on the genetic background. The proteins encoded by Fam181a and Fam181b localize to the nucleus and are both conserved within the vertebrate taxon. The presence of both paralogues per species is thus likely to be the ancestral state in vertebrates. Despite its conservation in vertebrates, Fam181b gain- and loss-of-function embryos develop normally without any visible morphological phenotype. In addition, Fam181b-null animals are viable and fertile. The conservation of the FAM181 proteins, in combination with their partially overlapping expression, might be indicative of functional redundancy. Further investigations into the function of the Fam181 gene family will thus require the generation of Fam181a/b-double mutants.

In zwei unabhängigen Hochdurchsatzverfahren zur Identifzierung zyklisch exprimierter Gene im präsomitischen Mesoderm (PSM) des Mausembryos wurde eine oszillierende Expression von Fam181b vorhergesagt. Dieses Gen, ebenso wie dessen nahe verwandtes Paralog Fam181a, gehören zur Fam181 Genfamilie und sind bisher noch uncharakterisiert. In dieser Doktorarbeit werden die Expressionsmuster von Fam181a und Fam181b während der murinen Embryonalentwicklung und darüber hinaus in adulten Organen charakterisiert. Beide Gene sind in Embryonen von Tag 7.5 an differentiell exprimiert, wobei die Komplexität ihrer Expressionsmuster mit fortschreitender Entwicklung zunimmt. Die Transkripte von Fam181a sind überwiegend im Neuralrohr, den Gehirnventrikeln und den Augenanlagen detektierbar. Fam181b ist ebenfalls in den Vorläuferstrukturen des zentralen Nervensystems (CNS) exprimiert, darüber hinaus aber auch in von Neuralleistenzellen gebildeten Geweben, im PSM, im lateralen Plattenmesoderm und in den Anlagen der Extremitäten. Die Überlappung beider Expressionsmuster im CNS könnte auf eine Funktion der Fam181 -Genfamilie in neuralen Geweben hindeuten. Des weiteren konnte die vorhergesagte Oszillation von Fam181b im PSM durch die Expressionsanalyse bestätigt werden. Es oszilliert dabei parallel zur morphologischen Somitenbildung (alle 120 min in der Maus), in Phase mit Zielgenen des Notch- Signalweges. Sowohl die PSM-, als auch die im LPM-Expression sind in den Mausstämmen CD1 und NMRI, allerdings nicht in den Stämmen C57BL6J und 129s2 detektierbar. Das deutet auf eine Abhängigkeit der Fam181b-Transkription vom genetischen Hintergrund hin. Die von Fam181a und Fam181b kodierten Proteine sind im Zellkern lokalisiert und beide innerhalb der Wirbeltiere konserviert. Die Anwesenheit von zwei Paralogen scheint dabei der evolutionär ursprüngliche Zustand in Taxon der Vertebraten zu sein. Trotz dieser Konservierung entwickeln sich Embryonen mit einem Funktionsverlust von Fam181b oder dessen Überexpression normal und ohne einen auffälligen morphologischen Phänotyp. Zudem sind adulte Fam181b-/- -Tiere lebensfähig und fruchtbar. Die Konservierung der FAM181 Proteine, in Kombination mit deren partiell überlappender Expression, könnten Hinweise auf eine funktionelle Redundanz beider Gene sein. Für eine weitere Untersuchung der Funktion der Fam181 -Genfamilie wird es daher nötig sein, Doppelmutanten für Fam181a und Fam181b zu erzeugen.