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Systematic analysis and modeling of the gene regulatory network underlying neural tube patterning

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Die Erforschung der Neuralrohr-Strukturierung

Die Erforschung der Neuralrohr-Strukturierung

Gesundheit

Das EU-finanzierte Projekt NEURAL TUBE NETWORK ('Systematic analysis and modeling of the gene regulatory network underlying neural tube patterning') wollte das genregulatorische Netzwerk (GRN) untersuchen, das an der Neuralrohr-Strukturierung beteiligt ist. Hierfür führten die Forscher eine Transkriptionsprofilierung am Hühnerembryo durch. Bei der Neuralrohr-Strukturierung werden verschiedene Arten von Transkriptionsfaktoren (TF) und Signalmolekülen wie Sonic hedgehog (Shh) exprimiert, um funktionell unterschiedliche neuronale Subtypen zu schaffen. Das Shh-kontrollierte GRN ist ein wichtiger Akteur bei der Steuerung dieses Prozesses und bestimmt das Schicksal dieser neuronalen Subtypen. Mittels Hochdurchsatz-mRNA-Sequenzierung an Neuralrohrzellen von Hühnern wurden Transkriptom-Analysen zu verschiedenen Zeitpunkten der Shh-Signalisierung durchgeführt. Differentiell exprimierte Gene wurden erfolgreich identifiziert und die Ergebnisse mit Daten aus dem voll automatisierten System zur RNA- und DNA-Profilierung nCounter von nanoString validiert. Eine TF-Datenbank zu Küken wurde erzeugt und verwendet, um die zuvor erhaltenen Transkriptom-Daten zu kommentieren. Daraufhin verglichen die Forscher die Profile der differentiell exprimierten Transkriptionsfaktoren des veränderten Shh-Signalwegs zu verschiedenen Zeitpunkten. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Kombination von spezifischen Transkriptionsfaktoren exprimiert werden muss, um unterschiedliche neuronale Vorläuferdomänen (z.B. p3 und pMN) während der Neuralrohr-Strukturierung zu erzeugen. Diese p3- und pMN-Domänen sind im ventralen Rückenmark räumlich getrennt, wo die p3-Domäne V3-Interneuronen produziert und pMN somatische Motoneuronen generiert. Parallel dazu werden computergestützte Ansätze zur Modellierung von Shh-kontrollierten GRN entwickelt, um die Genregulation durch Transkriptionsfaktoren während der ventralen Neuralrohr-Strukturierung darstellen zu können. Die Projektergebnisse haben gezeigt, dass Neuralrohr-TF alleine oder in Kombination wirken, um verschiedene Vorläufergenexpressionsprofile in Reaktion auf eine Shh-Konzentration zu erzeugen. Die Validierung dieser Ergebnisse wird wichtige Auswirkungen in Bezug auf das Verständnis der Dynamik der Genregulation und ihrer Rolle bei der Rückenmarksentwicklung haben. Die Ergebnisse könnten auch auf andere Gewebe übertragen und bei der Entwicklung innovativer Stammzelltherapien oder künstlicher Knochen- oder Hauttransplantate genutzt werden.

Schlüsselbegriffe

Neuralrohr-Strukturierung, Rückenmark, Gewebszüchtung, regenerative Medizin, Stammzelle, Transkriptionsfaktoren, Signalisierung, Sonic Hedgehog, genregulatorisches Netzwerk, Transkriptom, neuronale Vorläuferdomänen

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