velikost textu

The role of Pax6 transcription factor in mouse eye development

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
The role of Pax6 transcription factor in mouse eye development
Název v češtině:
Role transkripčního faktoru Pax6 ve vývoji myšího oka
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Lucie Žílová, Ph.D.
Školitel:
RNDr. Zbyněk Kozmík, CSc.
Oponenti:
RNDr. Ing. Vladimír Krylov, Ph.D.
RNDr. Gabriela Pavlínková, Ph.D.
Id práce:
84733
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
Program studia:
Molekulární a buněčná biologie, genetika a virologie (P1519)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
29. 9. 2016
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Abstrakt:
ABSTRAKT Vývoj oka je komplexní proces zahrnující řadu dílčích morfologických změn. Na jeho počátku je vznik optického váčku a jeho následná interakce s hlavovým povrchovým ektodermem, která vede k přeměně části ektodermu na čočkovou ploténku. Čočková ploténka a optický váček následně koordinovaně invaginují za vzniku čočky, sítnice a sítnicového pigmentového epitelu. Zatímco povrchový ektoderm dává vznik čočce, optický váček dává vznik sítnici a pigmentovému epitelu. Sítnicové progenitorové buňky se krátce poté začnou postupně diferencovat do sedmi buněčných typů, které následně vytvářejí strukturu sítnice dospělého oka. U mnoha živočišných druhů hraje během vývoje oka klíčovou roli transkripční faktor Pax6. U savců je protein Pax6 produkován již v časných strukturách vyvíjejícího se oka, v optickém váčku a povrchovém ektodermu. U myší s mutací v genu Pax6 (Pax6-/-) dochází k zastavení vývoje oka ve stádiu kontaktu optického váčku a povrchového ektodermu a čočka ani sítnice se dále nevyvíjí. Z tohoto důvodu byla role transkripčního faktoru Pax6 velmi intenzivně studována. Nicméně způsob, jakým Pax6 reguluje signalizaci vedoucí ke spuštění vývoje oka, je jen málo prostudovaný. Stejně tak málo známý je i mechanismus, kterým Pax6 řídí diferenciaci jednotlivých sítnicových buněčných typů. Za použití myši jako experimentálního modelu jsme zjistili, že ve velmi časných stádiích vývoje oka, protein Pax6 zprostředkovává inhibici signalizační dráhy Wnt/β-catenin v části hlavového povrchového ektodermu, ze které vzniká čočka. Tato inhibice je nezbytná pro vytvoření čočkové ploténky a následný vznik čočky a sítnice, a je dána schopností faktoru Pax6 aktivovat produkci několika známých inhibitorů Wnt/β-catenin signální dráhy v povrchovém ektodermu. Abychom mohli dále analyzovat úlohu faktoru Pax6 ve vývoji optického váčku, vytvořili jsme novou transgenní myší linii mRx-Cre, produkující rekombinázu Cre a umožňující inaktivaci genu specificky v optickém váčku. Za použití této linie jsme zjistili, že produkce proteinu Pax6 je nezbytná nejen v povrchovém ektodermu, ale také v optickém váčku, k zajištění správného vývoje čočky a sítnice. Když byla totiž produkce faktoru Pax6 v optickém váčku narušena, čočka ani sítnice se nevyvinula. Toto zjištění naznačuje, že pro správný vývoj oka je nezbytná koordinovaná aktivita faktoru Pax6 jak v povrchovém ektodermu, tak v optickém váčku. Naše studie také ukázala, že jakmile se optický váček jednou invaginuje a dá vzniknout sítnici, Pax6 dále řídí schopnost sítnicových progenitorových buněk opakovně se dělit a zabraňuje předčasnému ukončení tohoto procesu. Kromě role v dělení, Pax6 hraje také klíčovou úlohu v diferenciaci všech sítnicových buněčných typů. Pokud je Pax6 inaktivován, sítnicové progenitorové buňky zcela ztrácí schopnost diferencovat v jakékoliv známé sítnicové buněčné typy. V rámci studia role faktoru Pax6 při diferenciaci jsme se dále zaměřili na hledání kandidátních genů regulovaných faktorem Pax6, které by mohly hrát úlohu při řízení tohoto procesu. Naše studie identifikovala dva transkripční faktory, Onecut1 a Onecut2, jejichž inaktivace ve vyvíjející se sítnici odhalila, že tyto faktory jsou zodpovědné za vznik jednoho konkrétního buněčného typu, horizontálních buněk. Závěrem lze říci, že naše studie ukázaly komplexní úlohu faktoru Pax6 v několika klíčových procesech vývoje oka zahrnujících proces vzniku čočky, dělení progenitorových buněk sítnice a jejich následnou diferenciaci.
Abstract v angličtině:
ABSTRACT The formation of the eye is a multistep process of complex morphogenetic events. It begins with the formation of the optic vesicle (OV) and its subsequent interaction with the overlying head surface ectoderm (SE). Reciprocal interaction between OV and SE evoke lens placode formation within the SE followed by coordinated invagination of both, the lens placode and OV. These events result in formation of lens, retina and retinal pigmented epithelium (RPE) with lens originating from the SE and retina/RPE originating from the OV. Early after the retinal domain is established, retinal progenitor cells start to differentiate in seven retinal cell types that are further stratified in the structure of the retina. The transcription factor Pax6 plays a pivotal role in eye formation in various animal species. In mammals, it is expressed from very early stages of eye development in OV and SE. As Pax6-/- mice are anopthalamic, with eye development arrested at OV/SE stage, much attention has been paid to elucidate the Pax6 function in different eye structures. However, whether and/or how Pax6 regulates the early signaling events leading to eye formation as well as the mechanism by which Pax6 regulates the differentiation of all retinal cell types is still only poorly understood. Using the mouse as a model, we have found that Pax6 is required very early in eye development, to repress Wnt/β-catenin signaling pathway in the lens-forming surface ectoderm to allow the lens placode to be specified and OV and SE to invaginate and form the lens and the retina. This is mediated by the ability of Pax6 to directly activate the expression of inhibitors of Wnt/β-catenin signaling pathway in the presumptive lens ectoderm. To analyze Pax6 role specifically in OV compartment and its derivates, we generated a novel OV-specific Cre-expressing mouse line, mRx-Cre. Inactivation of Pax6 selectively in the OV abolished formation of lens and retina, indicating that at the OV/SE stage, Pax6 expression is required not only in SE but also in the OV to ensure the lens-inductive ability of the OV. This indicates that coordinated action of Pax6 in both, SE and OV is crucial for the initiation of eye formation. Our study also showed that once the OV invaginates to form the retinal domain and retinal progenitor cells are specified, Pax6 is required for retinal progenitor cell proliferation, controlling the balance of cell cycle re-entry and preventing premature cell cycle exit. Beside its role in proliferation, our results also showed that Pax6 plays the crucial role in the initiation of a general retinal differentiation process as no retinal cell types are differentiated in Pax6-deficient retinae. Finally, we have focused on Pax6-regulated genes in retinal cell type differentiation. We identified two transcription factors of the Onecut transcription factor family, Onecut1 and Onecut2, to operate downstream of Pax6 to ensure the development of one particular retinal cell type, horizontal cells. Alltogether, our data show that Pax6 regulates a various processes during eye development, starting from eye induction to proper differentiation of particular retinal cell types.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Lucie Žílová, Ph.D. 35.54 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Lucie Žílová, Ph.D. 189 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Lucie Žílová, Ph.D. 169 kB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Ing. Vladimír Krylov, Ph.D. 372 kB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Gabriela Pavlínková, Ph.D. 300 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 778 kB