Retinoid signalling in Xenopus neural development

Abstract

This thesis focuses on the use of animal caps to address questions concerning neural induction, patterning and neurogenesis in Xenopus embryos. Animal caps can be neuralised by the inhibition of BMPs through the action of inhibitors, such as noggin but they do not form neurons. Instead, primary neurogenesis required additional signalling by retinoic acid (RA), acting through the retinoid receptors, RAR/RXR. In the presence of RA, retinoid signalling (RS) activates gene expression. Key target genes of RS during development are the Hox genes that are believed to be important for both posterior patterning and neurogenesis. In contrast, in the absence of RA, RS promotes active repression; a process that is required for normal head formation. However, much less is known of the genes that are affected by active repression. Although RS is sufficient to promote neurogenesis in noggin-neuralised animal caps, it is likely to be working in conjunction with other, endogenous, signalling pathways, mediated for example by FGF and Wnt. In this study, animal caps were analysed for signalling molecule expression after neuralisation by noggin and treatment with RAR/RXR (±RA) and it was shown that the expression of some, but not all, FGFs and Wnts respond to RS in the animal cap. This may be significant for neural induction, patterning and neurogenesis; related processes in the animal cap. In addition, the receptor isotypes RARα and RARγ seem to elicit different responses from some genes. Positive RS (RAR/RXR+RA) was shown to promote posterior markers, such as Hox genes and the expression of Wnt3A. However, negative RS (RAR/RXR-RA) was shown to inhibit Wnt3A and activate xSalF. Consequently, RARs promote Wnt signalling posteriorly via positive signalling and inhibit Wnt signalling anteriorly by negative signalling. In conclusion, this thesis shows that animal caps can be used to investigate the effects of RS in Xenopus neural development and indicates a major role for RS along the length of the A/P axis of the embryo.

Αυτή η διατριβή εστιάζει στην χρήση των κυττάρων του ζωικού πόλου «animal caps» του βλαστιδίου προκειμένου να απαντηθούν ερωτήματα σχετικά με την νευρική επαγωγή, διαμόρφωση και τη νευρογένεση στα έμβρυα του Xenopus. Τα κύτταρα του ζωϊκού πόλου μπορούν να εμφανίσουν δείκτες νευρογένεσης μετά από αναστολή των BMPs μέσω της χρήσης αναστολέων, όπως ο noggin, αλλά δεν σχηματίζουν νευρώνες. Αντί αυτού, η πρωτογενής νευρογένεση απαιτεί επιπλέον σηματοδότηση από το ρετινοϊκό οξύ (RA), που δρα μέσω των υποδοχέων των ρετινοειδών, RAR / RXR. Παρουσία RA, η σηματοδότηση ρετινοειδών (RS) ενεργοποιεί την γονιδιακή έκφραση. Τα βασικά στοχευόμενα γονίδια της RS κατά την ανάπτυξη είναι τα γονίδια Hox που πιστεύεται ότι είναι σημαντικά τόσο για την διαμόρφωση του οπίσθιου (posterior) άξονα όσο και για τη νευρογένεση. Αντίθετα, απουσία RA, η RS προάγει την ενεργή καταστολή, μια διαδικασία που απαιτείται για τον φυσιολογικό σχηματισμό της κεφαλής. Ωστόσο, πολύ λιγότερα είναι γνωστά για τα γονίδια που επηρεάζονται από την ενεργή καταστολή. Αν και η RS είναι αρκετή για να προάγει τη νευρογένεση σε κύτταρα του ζωικού πόλου στα οποία έχει χορηγηθεί noggin, η RS είναι πιθανό να λειτουργεί σε συνδυασμό με άλλες, ενδογενείς, οδούς σηματοδότησης, που διαμεσολαβούνται για παράδειγμα από το FGF και το Wnt. Σε αυτή τη μελέτη, τα κυττάρα του ζωικού πόλου αναλύθηκαν για την έκφραση μορίων σηματοδότησης μετά από χορήγηση του παράγοντα noggin και των ρετινοειδών υποδοχέων RAR/RXR (+/-RA) και αποδείχθηκε ότι η έκφραση ορισμένων, αλλά όχι όλων, των FGFs και των Wnts επηρεάζονται από την σηματοδότηση των ρετινοειδών (RS) στα κύτταρα του ζωϊκού πόλου. Αυτό μπορεί να είναι σημαντικό για την νευρική επαγωγή, τη διαμόρφωση και τη νευρογένεση, διαδικασίες που διεξάγονται και σχετίζονται με τα κύτταρα του ζωϊκού πόλου. Επιπλέον, η έκφραση των ισοτύπων των υποδοχέων RARa και RARγ φαίνεται να επηρεάζει διαφορετικά ορισμένα γονίδια. Η θετική RS (RAR/RXR+RA) αποδείχθηκε ότι προάγει οπίσθιους δείκτες, όπως γονίδια Hox και την έκφραση του Wnt3A. Ωστόσο, η αρνητική RS (RAR/RXR-RA) αποδείχθηκε ότι αναστέλλει το Wnt3A και ενεργοποιεί το xSalF. Κατά συνέπεια, τα RARs προάγουν το Wnt σηματοδοτικό μονοπάτι οπίσθια, μέσω της θετικής τους σηματοδότησης και αναστέλλουν το Wnt σηματοδοτικό μονοπάτι πρόσθια, μέσω της αρνητική τους σηματοδότησης. Συμπερασματικά, η παρούσα διατριβή δείχνει ότι τα κύτταρα του ζωϊκού πόλου «animal caps» μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διερεύνηση των επιδράσεων της RS στη νευρική ανάπτυξη του Xenopus και υποδεικνύει έναν σημαντικό ρόλο για την RS κατά μήκος του A/P άξονα του εμβρύου.