Ο ρόλος των πυρηνικών υποδοχέων στην εμβρυογένεση

Abstract

Coup-TF, Shr2 and Shr3 are orphan nuclear receptors stored maternally in sea urchin eggs. The presence of Coup-TF and Shr2 is essential for the execution of the early developmental program of the sea urchin embryo. On the contrary, the orphan nuclear receptor Shr3 does not seem to play an important role at least at the early embryonic stages. This dissertation demonstrates that morphant embryos created by the inhibition of expression of the two orphan receptors Coup-TF and Shr2, using antisense Morpholinos, resemble blastulae like embryos lacking archenteron at 24 hpf, a stage where normal embryos reach the end of gastrulation in Paracentrotus lividus. At 48 hpf normal embryos reach the pluteus larva stage, whereas morphant embryos are underdeveloped, lack endodermal structures and the characteristic skeleton of the larva. In Coup-TF or Shr2 morphant embryos, the expression of the gene blimp1, a marker of the endomesoderm, seems to be unaffected, although the endoderm antigen marker Endo1 is not detected. In addition, the expression of ciliary band gene markers, like deadringer and hnf6, is largely inhibited, while the antigen 295 is undetected in Coup-TF morphants but detected in Shr2 morphant embryos. Morphants of both receptors lack serotonergic neurons, as implied by the absence of serotonin. There is also an expansion of the ventral ectoderm over the dorsal ectoderm as the expression of the Ecto-V antigen indicates, even though genes expressing signaling molecules that establish the ventral/dorsal axis, like nodal and lefty, retain their characteristic ventral lateral expression pattern. Therefore, we propose that the maternal orphan nuclear receptors Coup-TF and Shr2 play a significant role in the specification of both anterior/posterior and ventral/dorsal axes.

Οι πυρηνικοί υποδοχείς αποτελούν μία υπερ-οικογένεια μεταγραφικών παραγόντων οι οποίοι συναντώνται σε όλα τα μετάζωα, συμμετέχουν σε πολλές βιολογικές διεργασίες όπως η ανάπτυξη, η διαφοροποίηση, η αναπαραγωγή και ο μεταβολισμός, άλλα ενέχονται και σε αρκετές παθολογικές καταστάσεις. Η ρύθμιση της μεταγραφής επιτυγχάνεται έπειτα από ενεργοποίησή τους από ένα μόριο προσδέτη, αν και υπάρχει μία κατηγορία πυρηνικών υποδοχέων οι οποίοι φαίνεται να μην χρειάζονται κάποιον προσδέτη ή τουλάχιστον δεν έχει βρεθεί κάποιο μόριο με αυτόν το ρόλο για αυτούς και συνεπώς χαρακτηρίζονται ως «ορφανοί». Τρεις ορφανοί υποδοχείς, ο Coup-TF, ο Shr2 και ο Shr3, είναι παρόντες στο ωάριο του αχινού, αποθηκευμένοι μητρικά με τη μορφή RNA μεταγράφων, αλλά και με τη μορφή πρωτεΐνης. Η παρουσία των Coup-TF και Shr2 φαίνεται να είναι απαραίτητη για την εκτέλεση του πρώιμου αναπτυξιακού προγράμματος που οδηγεί από το γονιμοποιημένο ωάριο σε όλες τις βλαστικές στοιβάδες. Αντιθέτως, η καταστολή του ορφανού υποδοχέα Shr3 δεν φαίνεται να επηρεάζει σημαντικά την ανάπτυξη του πρώιμου εμβρύου του αχινού. Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής αποδεικνύουν ότι τα έμβρυα που προκύπτουν μετά την καταστολή της έκφρασης των Coup-TF και Shr2, στις 24 ώρες μετά τη γονιμοποίηση, μοιάζουν με βλαστίδια στα οποία απουσιάζει το αρχέντερο, ενώ τα φυσιολογικά έμβρυα του αχινού Paracentrotus lividus έχουν ολοκληρώσει τη διαδικασία της γαστριδίωσης. Αντίστοιχα στις 48 ώρες μετά τη γονιμοποίηση, όπου τα φυσιολογικά έμβρυα έχουν φτάσει στο στάδιο της προνύμφης με τη μορφή του εχινοπλουτέα, τα έμβρυα στα οποία έχει γίνει η καταστολή των Coup-TF και Shr2 είναι εμφανώς υποανεπτυγμένα, ενώ απουσιάζει και η χαρακτηριστική δομή του σκελετού του πλουτέα. Η καταστολή των Coup-TF και Shr2 δεν επηρεάζει την έκφραση του γονιδίου δείκτη του ενδομεσοδέρματος blimp1 στο φυτικό πόλο, παρόλο που το αντιγόνο Endo1 που αποτελεί μάρτυρα του ενδοδέρματος δεν ανιχνεύεται καθόλου. Γονίδια δείκτες της βλεφαριδωτής ζώνης, όπως το deadringer και το hnf6, επηρεάζονται σημαντικά, καθώς επίσης και το αντιγόνο 295 δεν ανιχνεύεται στα έμβρυα στα οποία έχει γίνει καταστολή του Coup-TF, κάτι που δεν ισχύει στην περίπτωση του Shr2. Καταστολή κα των δύο ορφανών υποδοχέων οδηγεί στη μη δημιουργία σεροτονεργικών νευρώνων όμως μαρτυρά η απουσία ανίχνευσης σεροτονίνης. Ακόμα, βλέπουμε ότι το κοιλιακό εξώδερμα φαίνεται να επεκτείνεται εις βάρος του ραχιαίου σύμφωνα με την ανίχνευση του αντιγόνου Ecto-V, παρόλο που γονίδια που εκφράζουν σηματοδοτικά μόρια, τα οποία συμμετέχουν στην εγκαθίδρυση του κοιλιακού/ραχιαίου άξονα, όπως το nodal και το lefty διατηρούν τη χαρακτηριστική πλευρο-κοιλιακή έκφρασή τους. Σύμφωνα με τα παραπάνω, προτείνουμε ότι οι ορφανοί πυρηνικοί υποδοχείς Coup-TF και Shr2 παίζουν σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό τόσο του προσθοπίσθιου, όσο και του ραχιαιοκοιλιακού άξονα κατά την ανάπτυξη του πρώιμου εμβρύου του αχινού.