Neuartiger Modus des fehlerhaften Neuralrohrverschlusses im Non

Scientific Reports Band 5, Artikelnummer: 16917 (2015) Diesen Artikel zitieren

2055 Zugriffe

13 Zitate

Details zu den Metriken

Eine Autorenkorrektur zu diesem Artikel wurde am 30. März 2022 veröffentlicht

Dieser Artikel wurde aktualisiert

Gelingt es nicht, das Neuralrohr zu schließen, kommt es zu Geburtsfehlern, deren Schweregrad von Spina bifida bis hin zu tödlicher Anenzephalie reicht. Beim Menschen sind nur wenige genetische Risikofaktoren für Neuralrohrdefekte bekannt, was die entscheidende Rolle umweltbedingter Risikofaktoren wie mütterlicher Diabetes unterstreicht. Es ist jedoch nicht genau geklärt, wie sich ein veränderter mütterlicher Stoffwechsel auf die Embryonalentwicklung und insbesondere auf die Neurulation auswirkt. Wir präsentieren Beweise aus zwei unabhängigen Mausmodellen einer Diabetesschwangerschaft, die eine beeinträchtigte Migration entstehender mesodermaler Zellen im Primitivstreifen als morphogenetische Grundlage für die Pathogenese von Neuralrohrdefekten identifizieren. Wir kommen zu dem Schluss, dass eine gestörte Gastrulation nicht nur die Neurulationsdefekte erklärt, sondern auch eine einheitliche Ätiologie für das breite Spektrum angeborener Fehlbildungen bei Schwangerschaften mit Diabetes liefert.

Wenn das Neuralrohr nicht geschlossen wird, kommt es zu Geburtsfehlern1,2, deren Schweregrad von asymptomatischer Spina bifida occulta und chirurgisch korrigierbaren Fällen von Spina bifida bis hin zu tödlichen Erkrankungen wie Exenzephalie und Anenzephalie reicht. Bei der Maus wurden etwa 400 Gene identifiziert, bei denen Mutationen Neurulationsdefekte verursachen oder dazu beitragen3,4. Im Gegensatz dazu sind beim Menschen vergleichsweise wenige genetische Risikofaktoren bekannt5, was die entscheidende Rolle umweltbedingter Risikofaktoren wie Folsäuremangel6 oder mütterlicher Diabetes7,8,9,10 unterstreicht. Trotz einer verbesserten Folsäureversorgung über die Nahrung und einer besseren Blutzuckerkontrolle konnte die Inzidenz von Neuralrohrdefekten (NTDs) jedoch nur teilweise reduziert werden11,12. Das bestehende Risiko für Neuralrohrdefekte erfordert ein besseres Verständnis, wie Umweltfaktoren die Embryonalentwicklung im Allgemeinen und die Neurulation im Besonderen beeinträchtigen.

Der nicht-fettleibige Diabetikerstamm (NOD) von Mäusen, der dazu neigt, spontan Autoimmundiabetes zu entwickeln, ist ein etabliertes Modell für Typ-I-Diabetes beim Menschen13,14. Embryonen von Schwangerschaften mit diabetischem NOD weisen eine sehr hohe Rate an Neuralrohrdefekten15 (NTDs) und Herzfehlern16,17 auf, ein weiteres Kennzeichen der Teratogenität von Diabetes. Wir berichten hier, dass eine perikonzeptionelle Ergänzung mit Folinsäure bei Muttertieren mit NOD-Diabetes die NTD-Inzidenz von 40,2 % auf 21 % reduzierte (p = 0,006, ergänzende Abbildung 1). Daher reagieren NTDs in diesem Modell parallel zu menschlichen Schwangerschaften teilweise auf Folat.

Unerwarteterweise stellten wir fest, dass bei Embryonen aus hyperglykämischen NOD-Muttertieren die Neuralplatte an verschiedenen Stellen entlang der anterior-posterioren Achse hervorstehendes ektopisches Gewebe aufwies (Abb. 1a – f). Vorsprünge waren streng auf Diabetikerschwangerschaften beschränkt und traten bei 25,3 % der Embryonen am 8,5. Schwangerschaftstag auf (E8.5). Um zu testen, ob Vorsprünge nur beim NOD-Stamm vorkommen, induzierten wir bei Weibchen des FVB-Stammes mit Streptozotocin18 eine Hyperglykämie, was zu einer NTD-Inzidenz von 21,6 % führte19. Bei E8,5 zeigten 12,9 % der FVB-Embryonen, die einer Hyperglykämie ausgesetzt waren, Vorsprünge (Abb. 1g, h). Das Gesamterscheinungsbild, die Lage entlang der anterior-posterioren Achse und die interne Organisation (Abb. 1k) der Vorsprünge ähnelten auffallend dem Phänotyp exponierter NOD-Embryonen. Somit sind diese Missbildungen keine Besonderheit des genetischen Hintergrunds des NOD-Stammes, sondern ergeben sich aus der schweren mütterlichen Hyperglykämie (Ergänzungstabelle 1), die beiden Versuchsmodellen gemeinsam ist.

Phänotyp der Neuralplattenprotrusion bei Embryonen aus Schwangerschaften mit Diabetes.

(a) bis (d): Embryonen aus Diabetikerschwangerschaften des NOD-Stamms mit Vorsprüngen (Dreiecken), im Allgemeinen an kaudalen Stellen. (e), NOD-Embryo mit einem Vorsprung auf der Höhe des Hinterhirns, rostral zur Vorderseite des Neuralrohrverschlusses; Seitenansicht; Einschub: Blick auf die Rückenfläche des Embryos. (f), NOD-Embryo mit zwei Vorsprüngen: einem kleinen in der Mittel-/Vorderhirnregion und einem größeren im Rumpfbereich. Einfügen: virtuelle Schnitte durch nicht betroffene (oben) und betroffene (unten) Neuralplattenbereiche. Im Vergleich zur nicht betroffenen Region weist der von einer Vorwölbung betroffene Bereich mit Ausnahme einer Ausbuchtung in der Mittellinie eine insgesamt normale Organisation auf. Diese Ausbuchtung hat eine äußere Schicht, die dem Neuroepithel ähnelt und an dieses angrenzt, und einen Kern, in dem die Zellkerne spärlich sind. (g,h): Embryonen aus Diabetikerschwangerschaften des FVB-Stammes weisen Vorsprünge auf, die denen ähneln, die beim NOD-Stamm beobachtet werden. Der Embryo in Bild g weist zwei solcher Fehlbildungen auf: eine kleine am kaudalen Ende des zukünftigen Hinterhirns und eine größere im kaudalen Rumpfbereich. (i–k), Bilder aus der dreidimensionalen Rekonstruktion konfokaler Bilddaten ganzer Embryonen, die mit DAPI gefärbt wurden. (i), derselbe Embryo wie in Tafel e, dargestellt mit einer aus Volumendaten berechneten Oberfläche (lila). Der Vorsprung auf der Höhe des Hinterhirns ist deutlich erkennbar. (j), Zwei Aspekte einer virtuellen parasagittalen Schnittebene in der „Open-Book“-Präsentation. Der Vorsprung grenzt an das Neuroepithel, wobei der Kern eine geringere Dichte an DAPI-gefärbten Zellkernen aufweist, die an mesenchymalen Charakter erinnern. (k), „Open-Book“-Präsentation des FVB-Embryos, gezeigt in Panel h. Das morphologische Erscheinungsbild der Vorsprünge ist bei Diabetes-exponierten NOD- und FVB-Embryonen ähnlich.

Die Bildgebung mittels konfokaler 2-Photonen-Mikroskopie, die dreidimensionale Rekonstruktion ganzer Embryonen aus optischen Schnitten (Abb. 1i) und die anschließende Erstellung von Einzelebenenansichten ermöglichten eine genauere Untersuchung der Verbindung zwischen einem Vorsprung und dem Embryo (Abb. 1j, k). ). Wir stellten eine Kontiguität zwischen dem Vorsprung und der Neuralplatte fest, wobei die äußere Schicht einem Neuroepithel ähnelte. Der Kern eines Vorsprungs wies eine geringere Zelldichte auf, was an mesenchymalen Charakter erinnert. Dies deutet darauf hin, dass Vorsprünge nicht ausschließlich aus Neuroepithelzellen bestehen.

Um den Ursprung der Vorsprünge zu bestimmen, führten wir mithilfe der 3'-Expressions-Tag-Sequenzierung ein Genexpressionsprofil an mikrodisseziertem Vorwölbungsgewebe aus dem FVB-Modell durch. Zum Vergleich haben wir das offene Neuralrohr unmittelbar vor der Verschlussstelle 1 lasermikrodisseziert (ergänzende Abbildung 2a – c). Die Analyse der Noto-Genexpression zeigte, dass Neuralrohrproben frei von potenziell kontaminierendem Notochord waren (ergänzende Abbildung 2d – h). Wir identifizierten 799 Gene mit statistisch signifikanter unterschiedlicher Expression in Vorsprüngen im Vergleich zum offenen Neuralrohr (Abb. 2a, ergänzende Abbildung 2j) und bestätigten die sequenzierungsbasierten Beobachtungen durch quantitative RT-PCR für ausgewählte Gene (Abb. 2b). Die hierarchische Clusterbildung zeigte eine klare Unterscheidung der Expressionsprofile zwischen Vorsprüngen und offenem Neuralrohr (ergänzende Abbildung 2i). Die Annotationen für die 570 Gene mit überwiegender Expression in Vorsprüngen wurden für die GO-Begriffe „Mesodermbildung“ und „Mesodermentwicklung“ deutlich erweitert.

Molekulare Analyse von Neuralplattenvorsprüngen.

(a) Die Transkriptom-Profilierung wurde durch 3'-Expression-Tag-Sequenzierung (SAGE) auf einem AB SOLiD 5500XL-Sequenzer der nächsten Generation durchgeführt. Vergleiche zwischen 3 einzelnen Vorsprüngen (n = 3) und offenem Neuralrohr-Neuroepithel von 4 Embryonen (n = 4) wurden mit DESeq durchgeführt. Die Daten werden als Vulkandiagramm dargestellt, wobei die statistische Signifikanz als –log10(padj) im Verhältnis zum Expressionsverhältnis (Vorsprung vs. Neuralrohr) ausgedrückt wird. Die graue Farbe stellt Gene dar, die keine statistische Signifikanz erreichten (Benjamini-Hochberg-Korrektur); Rot markiert Gene mit Expressionsprävalenz in den Vorsprüngen; Unter diesen Genen weist die blaue Farbe auf Gene hin, die eine bekannte Rolle bei der Mesodermentwicklung spielen. Grün zeigt Gene mit Prävalenz im offenen Neuralrohr an, während Orange auf zwei Gene von Interesse hinweist. Gene, bei denen die Expression auf einer Seite des Paradigmas vollständig fehlte, wurden mit einem log2 von entweder 10 oder –10 aufgetragen. (b) Validierung des Expressionsunterschieds ausgewählter Gene durch quantitative Echtzeit-PCR. Zur Validierung wurden acht Gene mit Prävalenz in Vorsprüngen (Acvr1b, Dll3, Mixl1, Nodal, Noto, T, Tbx6 und Wnt3a) und zwei Gene (Fgfr2, Zic1) mit überwiegender Expression im offenen Neuralrohr ausgewählt. Es wurden dieselben Proben analysiert, aus denen die Sequenzierungsdaten abgeleitet wurden; Daher haben wir die Genexpressionsniveaus in vier technischen Replikaten von jeweils drei Vorsprüngen und in vier technischen Replikaten von jeweils 4 Neuroepithelproben (von 4 einzelnen Embryonen) gemessen. Die Balken stellen das Expressionsverhältnis zwischen Vorsprüngen und Neuralrohr dar, ausgedrückt als log2. Die statistische Signifikanz eines t-Tests wird durch ein Sternsymbol angezeigt. Die aus dem Sequenzierungsexperiment erhaltenen Expressionsverhältnisse wurden für alle Kandidatengene bestätigt, mit Ausnahme von Nodal, das die erwartete Richtung für den Expressionsunterschied aufwies, jedoch keine statistische Signifikanz erreichte.

Für 85 dieser Gene wurden bereits Expressionsmuster in den Theiler-Stadien 11 bis 13 (die den Gestationstagen E7.5 und E8.5 entsprechen) berichtet (MGI, http://www.informatics.jax.org/): 22 Es ist bekannt, dass Gene im Neuroektoderm und Mesoderm exprimiert werden, 33 sind auf Mesoderm beschränkt, 10 werden im Knoten exprimiert und 28 Gene im Primitivstreifen (Ergänzungstabelle 4). Diese Ergebnisse zeigen, dass Vorsprünge Mesoderm enthalten und sie mit molekularen Netzwerken verbinden, die während der Gastrulation aktiv sind: Vorsprünge zeigten die Expression von Genen, von denen bekannt ist, dass sie an der frühen Gastrulation beteiligt sind, wie Nodal und Furin, die für die Nodal-Aktivierung20 erforderlich sind, und von Komponenten, die daran beteiligt sind Aufrechterhaltung des Primitivstreifens21, wie Fgf8, Wnt3a und T/brachyury. Wir entdeckten auch Ziele von T, z. B. Cdx2, Axin2 und Lef1, zusammen mit 57 Genen in den von T 22,23 gesteuerten regulatorischen Netzwerken sowie 153 nachgeschalteten Zielen von Cdx222 (Ergänzungstabelle 5); Dazu gehörten bekannte axiale, paraxiale und laterale Mesodermmarker. Das Vorhandensein dieser regulatorischen Netzwerke weist darauf hin, dass die mesenchymalen Zellen in den Vorsprüngen das gesamte derzeit bekannte Mesoderm-Spezifikationsprogramm durchlaufen haben.

Analysen von NOD-Embryonen durch In-situ-Hybridisierung bei E8.5 (Abb. 3) zeigten Parallelen zwischen Vorsprüngen, die aus spontan beginnender bzw. chemisch induzierter mütterlicher Hyperglykämie resultieren. Sox2, ein Marker für die Epiblasten-/Neuronenlinie24, war in der gesamten äußeren Schicht des Vorsprungs vorhanden, wohingegen T, ein Marker für Primitivstreifen und entstehendes Mesoderm25, bis in den proximalen Kern des Vorsprungs vordrang. Tbx6, ein Marker für gebundenes Mesoderm24,26, wurde im Primitivstreifen und in wandernden Zellen der mesodermalen Flügel gefunden. Die Tbx6-Expression im Kern eines Vorsprungs erinnerte an die richtige Mesodermentwicklung27: Die Expression war dort am stärksten, wo die T-Expression bereits erloschen war. Insgesamt deuten diese Daten darauf hin, dass die Migration mesodermaler Zellen nicht vollständig blockiert, sondern lokal um den Vorsprung herum beeinträchtigt ist.

Histologische Analysen von Neuralplattenvorsprüngen.

(a) Schematische Darstellung eines Mausembryos im Theiler-Stadium 11 (http://www.emouseatlas.org/). Schwarze Linien zeigen die Schnittebene für die in den Tafeln (c–e) gezeigten Abschnitte an. Farben: Lila – embryonales Ektoderm und Mesoderm; Krickente – Amnion und Allantois; blau – Endoderm und Dottersack; gelb – Deciduum. (b) Darstellung eines Mäuseembryos mit einem Vorsprung (rot); Schwarze Linien zeigen eine Reihe von Schnittebenen für Abschnitte an, die in Tafeln (ft) in rostraler bis kaudaler Reihenfolge durch den Vorsprung dargestellt sind. (c) Schnitt durch die hintere Region eines Embryos aus einer normoglykämischen NOD-Schwangerschaft im Theiler-Stadium 11 nach In-situ-Hybridisierung mit einer Sox2-Sonde. Das Sox2-Signal ist auf die Epiblast-/Ektodermalschicht beschränkt. Die gepunktete Linie stellt die Grenze des Embryos dar. (d) Angrenzender Abschnitt, gefärbt mit einer T-Sonde, der die T-Expression im Primitivstreifen und im wandernden entstehenden Mesoderm zeigt. (e) Angrenzender Abschnitt, der mit einer Sonde für Tbx6 entwickelt wurde und die Tbx6-Expression in der mesendodermalen Schicht im Primitivstreifen und den mesodermalen Flügeln zeigt. (ft) Reihe benachbarter Schnitte durch einen Embryo aus einer diabetischen NOD-Schwangerschaft im Theiler-Stadium 11 mit einem Vorsprung. Tafel (f) zeigt den anfänglichen rostralen Aspekt des Vorsprungs, während Tafel (t) den am weitesten kaudalen Abschnitt in der Sequenz zeigt. (f,i,l,o,r), Abschnitte, die auf Sox2-Expression untersucht wurden, die in der äußeren Schicht des Vorsprungs nachgewiesen wird. (g,j,m,p,s), Benachbarte Abschnitte desselben Embryos zeigen die Expression von T. Auf der rostralen Seite wird T an der Basis des Vorsprungs in einer Region nachgewiesen, die an den Primitivstreifen erinnert. In der Mitte des Vorsprungs (Panel (m)) wird T sowohl in der Außenschicht als auch im Kern ausgedrückt. (h,k,n,q,t). Benachbarte Abschnitte wurden auf Expression von Tbx6 untersucht. Tbx6 ist im Kern des Vorsprungs deutlich zu erkennen und fehlt in der äußeren Schicht. Das Vorhandensein von Tbx6 in den mesodermalen Flügeln stellt die normale Expression dieses Gens in Domänen dar, in denen die Expression von T bereits aufgehört hat.

Das ektopische Mesoderm in den Vorsprüngen könnte auf eine veränderte Proliferation neu gebildeter Mesodermzellen oder auf eine desorientierte Migration des entstehenden Mesoderms zurückzuführen sein. Histologische Analysen stützen die zweite Möglichkeit: Wir fanden keine Hinweise auf eine erhöhte Zellproliferation, da die Färbung des Mitosemarkers Phospho-Histone 3 keine Anreicherung der Vorsprünge im Vergleich zum Rest des Embryos erkennen ließ. Stattdessen konnten wir eine Ablagerung von Laminin zwischen mesodermalen Zellen innerhalb und an der Basis eines Vorsprungs feststellen (Abb. 4). Dies geht einher mit der protrusionsprävalenten Expression von Laminin α5, Nidogen 2 (Bestandteile der Basallamina28,29) und Integrin α6, einem Rezeptor für Lama530, und steht im Einklang mit einem früheren Bericht über eine erhöhte Expression extrazellulärer Matrixkomponenten in Rattenembryonen, die diesem ausgesetzt waren Hyperglykämiezustände31. Diese Daten deuten auf eine veränderte Zelladhäsion oder eine beeinträchtigte Migration mesodermaler Zellen bei der Bildung von Vorsprüngen hin.

Vorsprünge weisen eine interne Ablagerung von Laminin auf.

Embryonen in drei verschiedenen Entwicklungsstadien mit Vorsprüngen: E8.0, Kopffaltenstadium (a–d), E8.5 mit offener Neuralplatte im Schwanzbereich (e–h) und E9.5 mit einem großen Vorsprung, der das Neuralrohr beeinträchtigt Abschluss (i–l). Die Schnitte wurden auf DNA ((a,e,i); blau, Hoechst 33342), phosphoryliertes Histon 3 ((b,f,j); PH3, grün) und Laminin ((c,g,k); rot) gefärbt; Zusammengeführte Farbbilder werden jeweils in (d,h,l) angezeigt. Abkürzungen: ac, Fruchthöhle; da, dorsale Aorta; en, Endoderm; ep, Epiblastschicht; hf, Kopffalte; hg, Hinterdarm; mw, mesodermaler Flügel; np, Neuralplatte; p, Vorsprung; also Somatopleura; spl, Splanchnopleura. Alle Vorsprünge, vom Frühstadium bis zum Reifestadium, weisen interne Ansammlungen von Laminin im Mesenchym auf (gelbe Dreiecke). Darüber hinaus ist die äußere Zellschicht typischerweise durch eine Laminin-positive Schicht extrazellulärer Matrix vom inneren Mesenchym getrennt.

Hinweise auf eine beeinträchtigte Migration ergaben sich aus Explantatkulturen (Abb. 5) unter Bedingungen, die die Migration und Differenzierung des Mesoderms unterstützen, was durch die Färbung auf Vimentin32 bestätigt wurde (Abb. 5b, c). In diesen Kulturen war das Auswachsen aus posterioren Gewebeexplantaten von Diabetes-exponierten NOD-Embryonen bei E7,5 oder E8,5 im Vergleich zur Migration aus Explantaten von Embryonen aus normoglykämischen NOD-Schwangerschaften signifikant verringert (Abb. 6a). Darüber hinaus verglichen wir bei Diabetes-exponierten Embryonen Kulturen sezierter Vorsprünge mit Explantaten des angrenzenden hinteren Gewebes bei E8.5. Zellen aus Vorsprüngen wanderten entweder nicht vom Explantat weg oder migrierten deutlich weniger im Vergleich zu dem Auswuchs, der vom entsprechenden hinteren Gewebeexplantat beobachtet wurde (vergleiche innerhalb der grünen Rahmen: Abb. 5g,h,i bis j,k,l und Abb. 5m). ,n,o bis p,q,r bzw. und Abb. 6b). Die verringerte Migration von Zellen weg von Vorsprüngen kann nicht auf Entwicklungsunreife zurückgeführt werden, da Zellen aus früheren Embryonen in diesen Tests eine vergleichbare Migrationskapazität aufweisen (ergänzende Abbildung 3a); Das Ausmaß des Auswachsens korrelierte auch nicht mit der Größe des Ausgangsexplantats (ergänzende Abbildung 3b). Wir kommen daher zu dem Schluss, dass die Exposition gegenüber mütterlichem Diabetes für die beeinträchtigte Migrationsfähigkeit des Mesoderms in Vorsprüngen verantwortlich ist. Schließlich war das Auswachsen von Explantaten aus Diabetes-exponierten NOD-E8.5-Embryonen im Vergleich zu Explantaten von Diabetes-exponierten E8.5-Embryonen des FVB-Stammes verringert (Abb. 6c), was die höhere Inzidenz von Vorsprüngen im NOD-Modell erklären könnte im Vergleich zum FVB.

Explantieren Sie Kulturen von Vorsprüngen und hinterem embryonalem Gewebe.

Bilder von Explantatkulturen. Fixierte Explantate wurden mit einem Antikörper gegen Vimentin (grün), Phalloidin (rot) zum Nachweis von Actin und DRAQ5 (blau) zur Lokalisierung von Zellkernen gefärbt. Die Kulturbedingungen unterstützten die Migration und Differenzierung des Mesoderms, einschließlich des Herzmesoderms, was durch die Bildung rhythmisch kontraktiler Zentren in Primitivstreifen-Explantaten von E7.5-Embryonen aus normalen NOD-Schwangerschaften belegt wird (Zeitraffervideo in den Zusatzinformationen). Einfügungen kennzeichnen den in den Nahaufnahmen dargestellten Bereich. (a) Das Explantat eines normalen E7.5-NOD-Embryos wies einen Bereich rhythmisch kontrahierender Myozyten auf (orangefarbener Kreis). (b) Dasselbe Explantat nach der Färbung im Dunkelfeldkontrast. (c) Nahaufnahme des eingefügten Bereichs. (d–f) Explantat aus einem Diabetes-exponierten E8.5-NOD-Embryo. (g–l,m–r) Entsprechende Explantate von hinterem Gewebe und Vorsprüngen desselben Embryos werden durch einen grünen Rahmen gruppiert. Im Vergleich zu hinterem Gewebe desselben Embryos weisen (g–i,m–o) Vorsprünge nur ein sehr geringes Auswachsen auf (j–l,p–r).

Die Exposition gegenüber mütterlichem Diabetes verringert die Zellmigration in Explantatkulturen.

Quantifizierung des Auswuchses aus den Explantaten als Netto-Auswärtsstrecke, die Zellen am Rand jedes Explantats zwischen 6 und 26 Stunden nach Beginn der Kultur zurückgelegt haben. Sternchen markieren die statistische Signifikanz in einem t-Test (p < 0,05). (a) Hintere Gewebeexplantate aus Diabetes-exponierten (exp., orange) NOD-Embryonen zeigen im Vergleich zu Explantaten aus normalen (n, weiß) Schwangerschaften bei E7,5 ein deutlich reduziertes Auswachsen (normales n = 10, exponiertes n = 7; p =). 1,7 × 10−3; 96,7 % Leistung bei Alpha = 0,05) und E8,5 (normales n = 8, exponiertes n = 39; p = 6,7 × 10−4; 99,7 % Leistung bei Alpha = 0,05). (b) Explantate von sezierten Vorsprüngen (rot) erzeugten bei E8 deutlich weniger Auswuchs als das entsprechende hintere Gewebe (orange) aus demselben Embryo (n = 12 Paare; p = 6,2 × 10−5; 99,9 % Leistung bei Alpha = 0,05). .5. Beachten Sie den Unterschied im Maßstab der Y-Achse. (c) Hintere Gewebeexplantate aus Diabetes-exponierten E8.5-NOD-Embryonen (orange; dieselben Daten wie in (a); n = 39) weisen im Vergleich zu Explantaten aus Diabetes-exponierten FVB-Embryonen bei E8.5 (lila; n.) ein geringeres Auswachsen auf = 6; p = 4,4 × 10−7; 100 % Leistung bei Alpha = 0,05).

Diese Ergebnisse zeigen auch, dass die Kulturbedingungen, einschließlich der unterstützenden extrazellulären Matrix und der im fötalen Kälberserum vorhandenen Wachstumsfaktoren, nicht ausreichen, um die Zellmigrationsdefizite während der 26-stündigen Kultur der Explantate zu beheben. Eine Kultur bei niedrigeren Glukosekonzentrationen hatte keinen Einfluss auf das Ergebnis (p = 0,23 für E7,5, p = 0,22 für E8,5). Somit bestätigen die Explantatkulturen unsere Schlussfolgerung, dass die Exposition gegenüber mütterlichem Diabetes in utero zu einer beeinträchtigten Zellmigration führt und den Austritt aus dem Primitivstreifen verringert, der bei den am stärksten betroffenen Personen zu Vorsprüngen aus der Neuralplatte führt.

Vorsprünge wurden auch in 20 genetischen Modellen mit Funktionsverlust für Cripto (Tdgf1), Eomes, Fgf8, Fgfr1, Lrp5/Lrp6, Map4k4 (Nik), Mesp1/Mesp2, Mixl1, Pten, Rac1, Ship2, T berichtet , Talin- und Tcf3-Gene33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49 oder ENU-induzierte Mutationen im Axin2, Nckap1 (Nap1). ), Supt20 (p38IP) und Udgh-Gene50,51,52,53 (Übersicht in54). Eine beeinträchtigte Mesodermmigration wurde als mechanistische Grundlage für solche Zellansammlungen angesehen, und die epiblastenspezifische Ablation von Pten43 und Rac145 identifizierte diese Gene als zellautonome Regulatoren der Mesodermmigration. Unter den 15 Protrusionsmutanten, bei denen Embryonen bis zu späteren Entwicklungsstadien überleben, sind offene Neuralrohre oder Spina bifida (6 Modelle), fehlerhafte Herzentwicklung (9 Modelle) und kaudale Wachstumsdefekte (9 Modelle) häufige Folgen54. Im Gegensatz zu Funktionsverlustmodellen, bei denen die Expression aufgehoben ist, konnten wir die Expression all dieser Gene in Diabetes-exponierten Embryonen nachweisen, wobei Axin2, Fgf8, Mesp1, Mesp2, Mixl1 und T in Vorsprüngen besonders häufig vorkommen (Abb. 2a und Supplemental). Tabelle 2 zeigt, dass eine fehlerhafte Migration in unseren Expositionsmodellen nicht auf einen Verlust der mesodermalen Genexpression zurückzuführen ist.

Interessanterweise bildeten sich Vorsprünge an einzelnen anterior-posterioren Stellen und nicht entlang des gesamten Primitivstreifens. In Übereinstimmung mit früheren Daten55 stellten wir fest, dass zwei Drittel der NTDs in NOD-Embryonen (~26 % aller Embryonen) die Rumpfregion des Embryos betreffen; Diese Rate ist vergleichbar mit einer Protrusionsinzidenz von 25 %, von denen fast alle in dem vom Primitivstreifen bedeckten Gebiet auftreten. Im FVB-Modell betrifft die Hälfte der NTDs (~11 % aller Embryonen) den Rumpf (unveröffentlichte Beobachtungen), eine Rate, die wiederum mit der Häufigkeit von Vorsprüngen (12,9 %) übereinstimmt. Somit kann in beiden Diabetesmodellen eine fehlerhafte Mesodermmigration für die überwiegende Mehrheit der Stamm- und Schwanzneuralrohrdefekte bei Maus-Diabetesschwangerschaften verantwortlich sein. Vorsprünge an weiter vorne gelegenen Stellen wurden nur gelegentlich festgestellt (z. B. Abb. 1F und Einschub). Sogar innerhalb des Primitivstreifen-Territoriums waren Vorsprünge auf einzigartige Orte beschränkt, was möglicherweise auf ein begrenztes Zeitfenster für Störungen hinweist, die zur Bildung von Vorsprüngen beitragen.

Es gibt drei Möglichkeiten, wie Vorsprünge Neuralrohrdefekte verursachen können: (i) durch die Verhinderung der Bildung des medialen Gelenkpunkts, der für die anfängliche Biegung der Neuralplatte erforderlich ist56,57, (ii) durch die Beeinträchtigung der Hebung und Biegung des zukünftigen Neuroepithels57 aufgrund der verminderten Zellmigration in das darunter liegende Mesoderm und (iii) durch physische Beeinträchtigung des Verschlusses des Neuralrohrs an der dorsalen Mittellinie. Da sich diese Alternativen nicht gegenseitig ausschließen, bedürfen sie weiterer Untersuchungen. Genaue Untersuchungen und histologische Analysen von Embryonen mit Vorsprüngen (Abb. 7) ergaben, dass die Neuralrohre rostral der Vorwölbung ordnungsgemäß geschlossen waren und kaudal der Vorwölbung ein Neurulationsversagen auftrat, was darauf hindeutet, dass in diesen Fällen die Vorsprünge den Verschluss des Neuralrohrs physisch behinderten.

Auswirkung von Vorsprüngen auf den Neuralrohrverschluss.

(a) Embryo am 9,5. Schwangerschaftstag (und Nahaufnahme), der einen Vorsprung zeigt, der unter dem dorsalen Dach des Neuralrohrs hervorsteht und den Verschluss zum kaudalen Ende des Embryos hin verhindert. Eine schematische Zeichnung und eine histologische Analyse sind in der ergänzenden Abbildung 4 dargestellt. (b) Embryo bei E9,5 mit einem langen Vorsprung, der ungefähr auf der Höhe der Knospen der hinteren Gliedmaßen austritt und die Neuralplatte kaudal des Vorsprungs offen macht. (c) Embryo bei E9,5 mit einem gegabelten Vorsprung (rosa Dreiecke zeigen auf die Verlängerungen des Vorsprungs), der vom Neuralrohr auf Höhe der Knospe der Hinterbeine ausgeht und das Neuralrohr kaudal bis zum Austrittspunkt öffnet. Schematische Zeichnung und histologische Analyse sind in der ergänzenden Abbildung 4 dargestellt. (d) Embryo bei E10.5 (Seiten- und Rückenansicht) mit geschlossenem Vorder- und Mittelhirn, während die Neurulation kaudal der Mittelhirn-Hinterhirn-Verbindung fehlschlug. In der Nähe der Verbindung zwischen Hinterhirn und Rückenmark ist ein kleiner Vorsprung (gepunktete schwarze Linie) zu erkennen. (e) Embryo bei E10,5 mit sehr kleinem Vorsprung auf Höhe der Vorderbeinknospe. Die Neurulation wurde entlang der Neuraxis mit Ausnahme des kleinen Bereichs der Protrusion erfolgreich abgeschlossen. (f) Embryo bei E10,5 mit einem größeren Vorsprung leicht kaudal der Vorderbeinknospe (offenes Dreieck). Das Neuralrohr ist rostral des Vorsprungs geschlossen, während es kaudal vom Vorsprung bis zum Ende der Neuraxis offen bleibt (weiß ausgefülltes Dreieck).

In dieser Arbeit haben wir eine beeinträchtigte Mesodermmigration als morphogenetisches Versagen identifiziert, das der Pathogenese von NTDs zugrunde liegt. Da diese NTDs durch einen umweltbedingten Risikofaktor, eine mütterliche Stoffwechselerkrankung, verursacht werden, deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass die Mesodermmigration empfindlich auf den Stoffwechselzustand reagiert. Die Migration des Mesoderms scheint auch auf die Zusammensetzung der Ernährung der Mutter zu reagieren, da wir zuvor gezeigt haben, dass die Ernährung die NTD-Rate im FVB-Modell moduliert19. Beim NOD-Stamm wird die NTD-Inzidenz durch die Ergänzung mit Folinsäure reduziert, wie oben gezeigt, ähnlich wie die vorteilhaften Wirkungen von Folsäure bei STZ-induzierten diabetischen Mausschwangerschaften58. Diese Ergebnisse stützen die Schlussfolgerung, dass Stoffwechselfaktoren die Mesodermbildung und -migration beeinflussen können, und identifizieren zusammen mit den Ergebnissen unserer molekularen Analysen neue zelluläre und molekulare Ziele für die Prävention von Neuralrohr- und anderen Geburtsfehlern.

Die charakteristischsten angeborenen Fehlbildungen bei Schwangerschaften mit Diabetes beim Menschen sind Herzfehler, Neuralrohrdefekte und kaudale Wachstumsdefekte7,8,9,10 und es wurde postuliert, dass sie vor der 7. Schwangerschaftswoche auftreten7. Unsere Ergebnisse stützen die Annahme, dass eine gestörte Mesodermmigration während der Gastrulation die häufigste Ursache für diese scheinbar heterogenen Geburtsfehler ist59,60: (i) Neuralrohrdefekte entstehen als Folge einer beeinträchtigten Mesodermmigration, wie hier gezeigt; (ii) frühe Herzvorläufer stammen aus dem Primitivstreifen und wandern aus diesem ab61,62; und (iii) kaudale Wachstumsdefekte stehen auch im Einklang mit einer veränderten Mesodermbildung und -migration63,64 im hinteren Primitivstreifen. Ebenso wird angenommen, dass mesodermale Defizite den Wirbel-, Herz-, Nieren- und Gliedmaßenfehlbildungen der Phänotypen VACTERL65 und axialer mesodermaler Dysplasie66 zugrunde liegen, die mit mütterlichem Diabetes in Verbindung gebracht werden67,68,69,70. Somit liefert unsere Entdeckung einer aberranten Mesodermmigration während der Gastrulation in zwei verschiedenen Mausmodellen von Typ-I-Diabetes einen vereinheitlichenden zellulären Mechanismus, der sowohl den Entwicklungszeitpunkt als auch den morphogenetischen Ursprung der häufigsten strukturellen Anomalien bei diabetischer Embryopathie erklären kann.

Alle Tierversuche wurden mit vorheriger Genehmigung des Pennington Biomedical Research Center IACUC und in Übereinstimmung mit dem „Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren“ der United States National Institutes of Health durchgeführt. Am 8,5. Trächtigkeitstag wurden Embryonen für die histologische oder molekulare Analyse von hyperglykämischen NOD- oder FVB-Muttertieren sowie von stammangepassten normoglykämischen Kontroll-Muttertieren präpariert. Embryonen mit Missbildungen wurden fixiert, mit DAPI gefärbt und durch konfokale 2-Photonen-Mikroskopie abgebildet. Mithilfe optischer Schnitte wurden mithilfe der Imaris-Software dreidimensionale Rekonstruktionen einzelner Embryonen erstellt. Um die Ätiologie und Identität des hervorstehenden Gewebes zu bestimmen, führten wir ein Genexpressionsprofil durch Expressions-Tag-Sequenzierung auf einem AB SOLiD 5500XL-Sequenziergerät durch; Expressionsprofile wurden zwischen Protrusionsgewebe und offener Neuralplatte verglichen, die durch Lasermikrodissektion unmittelbar vor der Neuralrohrverschlussstelle 1 präpariert wurde. Die Sequenzablesungen wurden mit SOLiDSAGE kartiert (RefSeq RNA, mm9), um Zähldaten für jedes Gen zu generieren. Die differenzielle Genexpression wurde mithilfe von DESeq bestimmt, wobei ausgewählte Gene durch qPCR validiert wurden. An Kryoschnitten wurden nach etablierten Protokollen In-situ-Hybridisierungen und immunhistochemische Analysen durchgeführt. Die Migrationskapazität von Zellen in Vorsprüngen und hinterem embryonalem Gewebe wurde in Explantatkulturen mithilfe von Zeitraffervideos und Phasenkontrastmikroskopie beurteilt.

Zugangscodes: Die SAGE-Ergebnisse wurden in der Gene Expression Omnibus-Datenbank unter der Zugangsnummer GSE53075 hinterlegt.

Zitierweise für diesen Artikel: Salbaum, JM et al. Neuartige Art des fehlerhaften Neuralrohrverschlusses beim nicht adipösen diabetischen (NOD) Mäusestamm. Wissenschaft. Rep. 5, 16917; doi: 10.1038/srep16917 (2015).

Eine Korrektur zu diesem Artikel wurde veröffentlicht: https://doi.org/10.1038/s41598-022-09478-1

Wallingford, JB, Niswander, LA, Shaw, GM & Finnell, RH Die ständige Herausforderung, Neuralrohrdefekte zu verstehen, zu verhindern und zu behandeln. Science 339, 1222002, doi: 10.1126/science.1222002 (2013).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Copp, AJ, Stanier, P. & Greene, ND Neuralrohrdefekte: jüngste Fortschritte, ungelöste Fragen und Kontroversen. Lancet Neurol 12, 799–810, doi: 10.1016/S1474-4422(13)70110-8 (2013).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Harris, MJ & Juriloff, DM Eine Aktualisierung der Liste der Mausmutanten mit Neuralrohrverschlussdefekten und Fortschritte in Richtung einer vollständigen genetischen Perspektive des Neuralrohrverschlusses. Birth Defects Res A Clin Mol Teratol 88, 653–669, doi: 10.1002/bdra.20676 (2010).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Salbaum, JM & Kappen, C. Neuralrohrdefektgene und mütterlicher Diabetes während der Schwangerschaft. Birth Defects Res A Clin Mol Teratol 88, 601–611, doi: 10.1002/bdra.20680 (2010).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Pangilinan, F. et al. Bewertung häufiger genetischer Varianten in 82 Kandidatengenen als Risikofaktoren für Neuralrohrdefekte. BMC Med Genet 13, 62, doi: 10.1186/1471-2350-13-62 (2012).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Smithells, RW, Sheppard, S. & Schorah, CJ Vitaminmangel und Neuralrohrdefekte. Arch Dis Child 51, 944–950 (1976).

Artikel CAS PubMed Central PubMed Google Scholar

Mills, JL, Baker, L. & Goldman, AS Fehlbildungen bei Säuglingen diabetischer Mütter treten vor der siebten Schwangerschaftswoche auf. Implikationen für die Behandlung. Diabetes 28, 292–293 (1979).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Kucera, J. Häufigkeit und Art angeborener Anomalien bei Nachkommen diabetischer Frauen. J Reprod Med 7, 73–82 (1971).

MathSciNet CAS PubMed Google Scholar

Martinez-Frias, ML Epidemiologische Analyse der Schwangerschaftsergebnisse bei diabetischen Müttern: Identifizierung der charakteristischsten und häufigsten angeborenen Anomalien. Am J Med Genet 51, 108–113, doi: 10.1002/ajmg.1320510206 (1994).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Goto, MP & Goldman, AS Diabetische Embryopathie. Curr Opin Pediatr 6, 486–491 (1994).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Williams, LJ et al. Prävalenz von Spina bifida und Anenzephalie während des Übergangs zur obligatorischen Folsäureanreicherung in den Vereinigten Staaten. Teratology 66, 33–39, doi: 10.1002/tera.10060 (2002).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Kondo, A., Kamihira, O. & Ozawa, H. Neuralrohrdefekte: Prävalenz, Ätiologie und Prävention. Int J Urol 16, 49–57, doi: 10.1111/j.1442-2042.2008.02163.x (2009).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Leiter, EH Die Genetik der Diabetes-Anfälligkeit bei Mäusen. Faseb J 3, 2231–2241 (1989).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Leiter, EH Nicht adipöse diabetische Mäuse und die Genetik der Diabetesanfälligkeit. Curr Diab Rep 5, 141–148 (2005).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Otani, H., Tanaka, O., Tatewaki, R., Naora, H. & Yoneyama, T. Diabetische Umgebung und genetische Veranlagung als Ursachen angeborener Fehlbildungen in NOD-Mausembryonen. Diabetes 40, 1245–1250 (1991).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Morishima, M., Ando, M. & Takao, A. Viszeroatriales Heterotaxie-Syndrom bei der NOD-Maus unter besonderer Berücksichtigung des Vorhofsitus. Teratology 44, 91–100, doi: 10.1002/tera.1420440113 (1991).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Morishima, M., Yasui, H., Ando, M., Nakazawa, M. & Takao, A. Einfluss von genetischem und mütterlichem Diabetes auf die Pathogenese der viszeroatrialen Heterotaxie bei Mäusen. Teratology 54, 183–190, doi:10.1002/(SICI)1096-9926(199610)54:4<183::AID-TERA2>3.0.CO;2-2 (1996).

3.0.CO;2-2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291096-9926%28199610%2954%3A4%3C183%3A%3AAID-TERA2%3E3.0.CO%3B2-2" aria-label="Article reference 17" data-doi="10.1002/(SICI)1096-9926(199610)54:43.0.CO;2-2">Artikel CAS PubMed Google Scholar

Pavlinkova, G., Salbaum, JM & Kappen, C. Mütterlicher Diabetes verändert die Transkriptionsprogramme im sich entwickelnden Embryo. BMC Genomics 10, 274, doi: 10.1186/1471-2164-10-274 (2009).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kappen, C., Kruger, C., MacGowan, J. & Salbaum, JM Mütterliche Ernährung moduliert das Risiko für Neuralrohrdefekte in einem Mausmodell einer Diabetesschwangerschaft. Reprod Toxicol 31, 41–49, doi: 10.1016/j.reprotox.2010.09.002 (2011).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Beck, S. et al. Extraembryonale Proteasen regulieren die Knotensignalisierung während der Gastrulation. Nat Cell Biol 4, 981–985, doi: 10.1038/ncb890 (2002).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Ramkumar, N. & Anderson, KV SnapShot: Maus-Primitivstreifen. Zelle 146, 488–488 e482, doi: 10.1016/j.cell.2011.07.028 (2011).

Artikel PubMed Google Scholar

Nishiyama, A. et al. Aufdeckung der frühen Reaktion genregulatorischer Netzwerke in ESCs durch systematische Induktion von Transkriptionsfaktoren. Cell Stem Cell 5, 420–433, doi: 10.1016/j.stem.2009.07.012 (2009).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Nelson, AC et al. Ein integrierter Ansatz der funktionellen Genomik identifiziert das regulatorische Netzwerk, das durch Brachyury (T) im Chordom gesteuert wird. J Pathol 228, 274–285, doi: 10.1002/path.4082 (2012).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Takemoto, T. et al. Die Tbx6-abhängige Sox2-Regulation bestimmt das neuronale oder mesodermale Schicksal in axialen Stammzellen. Nature 470, 394–398, doi: 10.1038/nature09729 (2011).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wilkinson, DG, Bhatt, S. & Herrmann, BG Expressionsmuster des Maus-T-Gens und seine Rolle bei der Mesodermbildung. Nature 343, 657–659, doi: 10.1038/343657a0 (1990).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Chapman, DL, Agulnik, I., Hancock, S., Silver, LM & Papaioannou, VE Tbx6, ein Maus-T-Box-Gen, das an der paraxialen Mesodermbildung bei der Gastrulation beteiligt ist. Dev Biol 180, 534–542, doi: 10.1006/dbio.1996.0326 (1996).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Wardle, FC & Papaioannou, VE Herausfiltern von T-Box-Zielen im frühen Mesoderm. Curr Opin Genet Dev 18, 418–425, doi: 10.1016/j.gde.2008.07.017 (2008).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Copp, AJ et al. Regionale Unterschiede in der Expression von Laminin-Isoformen während der Neuralrohrentwicklung der Maus. Matrix Biol 30, 301–309, doi: 10.1016/j.matbio.2011.04.001 (2011).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Salmivirta, K. et al. Die Bindung von Maus-Nidogen-2 an Komponenten und Zellen der Basalmembran und seine Expression in embryonalen und erwachsenen Geweben lassen auf komplementäre Funktionen der beiden Nidogene schließen. Exp Cell Res 279, 188–201 (2002).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Rebustini, IT et al. Laminin alpha5 ist für die Epithelmorphogenese der submandibulären Drüse notwendig und beeinflusst die FGFR-Expression durch Beta1-Integrin-Signalisierung. Dev Biol 308, 15–29, doi: 10.1016/j.ydbio.2007.04.031 (2007).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Cagliero, E., Forsberg, H., Sala, R., Lorenzi, M. & Eriksson, UJ Mütterlicher Diabetes induziert eine erhöhte Expression extrazellulärer Matrixkomponenten in Rattenembryonen. Diabetes 42, 975–980 (1993).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Burdsal, CA, Damsky, CH & Pedersen, RA Die Rolle von E-Cadherin und Integrinen bei der Differenzierung und Migration des Mesoderms am Säugetierprimitivstreifen. Entwicklung 118, 829–844 (1993).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Jin, JZ & Ding, J. Cripto ist für die Zuordnung von Mesoderm- und Endodermzellen während der Gastrulation der Maus erforderlich. Dev Biol 381, 170–178, doi: 10.1016/j.ydbio.2013.05.029 (2013).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Arnold, SJ, Hofmann, UK, Bikoff, EK & Robertson, EJ Schlüsselrollen für Eomesodermin bei der Achsenbildung, dem Übergang vom Epithel zum Mesenchym und der Endodermspezifikation bei der Maus. Development 135, 501–511, doi: 10.1242/dev.014357 (2008).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Sun, Genes Dev 13, 1834–1846 (1999).

Artikel CAS PubMed Central PubMed Google Scholar

Guo, Q. & Li, JY Eindeutige Funktionen der wichtigsten Fgf8-Spleißform, Fgf8b, vor und während der Gastrulation der Maus. Development 134, 2251–2260, doi: 10.1242/dev.004929 (2007).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Deng, CX et al. Maus-FGFR-1 ist für das frühe Wachstum nach der Implantation und die axiale Organisation erforderlich. Genes Dev 8, 3045–3057 (1994).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Ciruna, BG, Schwartz, L., Harpal, K., Yamaguchi, TP & Rossant, J. Chimäre Analyse der Funktion des Fibroblasten-Wachstumsfaktor-Rezeptors-1 (Fgfr1): eine Rolle für FGFR1 bei der morphogenetischen Bewegung durch den Primitivstreifen. Entwicklung 124, 2829–2841 (1997).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Kelly, OG, Pinson, KI & Skarnes, WC Die Wnt-Co-Rezeptoren Lrp5 und Lrp6 sind für die Gastrulation bei Mäusen essentiell. Development 131, 2803–2815, doi: 10.1242/dev.01137 (2004).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Xue, Y. et al. Mesodermaler Strukturierungsdefekt bei Mäusen, denen die Ste20 NCK-interagierende Kinase (NIK) fehlt. Entwicklung 128, 1559–1572 (2001).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Kitajima, S., Takagi, A., Inoue, T. & Saga, Y. MesP1 und MesP2 sind essentiell für die Entwicklung des Herzmesoderms. Entwicklung 127, 3215–3226 (2000).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Hart, AH et al. Mixl1 ist für die Morphogenese und Strukturierung des axialen Mesendoderms im murinen Embryo erforderlich. Entwicklung 129, 3597–3608 (2002).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Bloomekatz, J., Grego-Bessa, J., Migeotte, I. & Anderson, KV Pten reguliert die kollektive Zellmigration während der Spezifikation der anterior-posterioren Achse des Mausembryos. Dev Biol 364, 192–201, doi: 10.1016/j.ydbio.2012.02.005 (2012).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Migeotte, I., Omelchenko, T., Hall, A. & Anderson, KV Rac1-abhängige kollektive Zellmigration ist für die Spezifikation der anterior-posterioren Körperachse der Maus erforderlich. PLoS Biol 8, e1000442, doi: 10.1371/journal.pbio.1000442 (2010).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Migeotte, I., Grego-Bessa, J. & Anderson, KV Rac1 vermittelt morphogenetische Reaktionen auf interzelluläre Signale im gastruierenden Mausembryo. Development 138, 3011–3020, doi: 10.1242/dev.059766 (2011).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Saxton, TM & Pawson, T. Morphogenetische Bewegungen bei der Gastrulation erfordern die SH2-Tyrosinphosphatase Shp2. Proc Natl Acad Sci USA 96, 3790–3795 (1999).

Artikel ADS CAS PubMed Central PubMed Google Scholar

Wilson, V., Manson, L., Skarnes, WC & Beddington, RS Das T-Gen ist für normale mesodermale morphogenetische Zellbewegungen während der Gastrulation notwendig. Entwicklung 121, 877–886 (1995).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Monkley, SJ et al. Eine Störung des Talin-Gens stoppt die Mausentwicklung im Gastrulationsstadium. Dev Dyn 219, 560–574, doi: 10.1002/1097-0177(2000)9999:9999<::AID-DVDY1079>3.0.CO;2-Y (2000).

3.0.CO;2-Y" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F1097-0177%282000%299999%3A9999%3C%3A%3AAID-DVDY1079%3E3.0.CO%3B2-Y" aria-label="Article reference 48" data-doi="10.1002/1097-0177(2000)9999:99993.0.CO;2-Y">Artikel CAS PubMed Google Scholar

Merrill, BJ et al. Tcf3: ein Transkriptionsregulator der Achseninduktion im frühen Embryo. Development 131, 263–274, doi: 10.1242/dev.00935 (2004).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Qian, L., Mahaffey, JP, Alcorn, HL & Anderson, KV Gewebespezifische Rollen von Axin2 bei der Hemmung und Aktivierung der Wnt-Signalübertragung im Mausembryo. Proc Natl Acad Sci USA 108, 8692–8697, doi: 10.1073/pnas.1100328108 (2011).

Artikel ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Rakeman, AS & Anderson, KV-Achsenspezifikation und Morphogenese im Mausembryo erfordern Nap1, einen Regulator der WAVE-vermittelten Aktinverzweigung. Development 133, 3075–3083, doi: 10.1242/dev.02473 (2006).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Zohn, IE et al. p38 und ein mit p38 interagierendes Protein sind entscheidend für die Herunterregulierung von E-Cadherin während der Gastrulation der Maus. Zelle 125, 957–969, doi: 10.1016/j.cell.2006.03.048 (2006).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Garcia-Garcia, MJ & Anderson, KV Wesentliche Rolle von Glykosaminoglykanen bei der Fgf-Signalübertragung während der Gastrulation von Mäusen. Zelle 114, 727–737 (2003).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Herion, NJ, Salbaum, JM & Kappen, C. Stau im Primitivstreifen: Die Rolle der fehlerhaften Mesodermmigration bei Geburtsfehlern. Birth Defects Res A Clin Mol Teratol 100, 608–622, doi: 10.1002/bdra.23283 (2014).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Ando, S., Otani, H., Tanaka, O. & Moritake, K. Morphologische Analyse von Neuralrohrdefekten in nicht adipösen diabetischen (NOD) Mäuseembryonen. Kong. Anom. 31, 23–32 (1991).

Artikel Google Scholar

Copp, AJ, Greene, ND & Murdoch, JN Die genetische Grundlage der Neurulation bei Säugetieren. Nat Rev Genet 4, 784–793, doi: 10.1038/nrg1181 (2003).

Artikel PubMed Google Scholar

Shum, AS & Copp, AJ Regionale Unterschiede in der Morphogenese des Neuroepithels lassen auf mehrere Mechanismen der spinalen Neurulation bei der Maus schließen. Anat Embryol (Berl) 194, 65–73 (1996).

Artikel CAS Google Scholar

Oyama, K. et al. Folsäure beugt angeborenen Fehlbildungen beim Nachwuchs diabetischer Mäuse vor. Endocr J 56, 29–37 (2009).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Khoury, MJ, Cordero, JF, Greenberg, F., James, LM & Erickson, JD Eine Bevölkerungsstudie der VACTERL-Assoziation: Beweise für ihre ätiologische Heterogenität. Pediatrics 71, 815–820 (1983).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Martinez-Frias, ML, Frias, JL & Opitz, JM Fehler der Morphogenese und Entwicklungsfeldtheorie. Am J Med Genet 76, 291–296 (1998).

3.0.CO;2-T" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291096-8628%2819980401%2976%3A4%3C291%3A%3AAID-AJMG3%3E3.0.CO%3B2-T" aria-label="Article reference 60" data-doi="10.1002/(SICI)1096-8628(19980401)76:43.0.CO;2-T">Artikel CAS PubMed Google Scholar

Garcia-Martinez, V. & Schoenwolf, GC Primitive-Streak-Ursprung des Herz-Kreislauf-Systems in Vogelembryonen. Dev Biol 159, 706–719, doi: 10.1006/dbio.1993.1276 (1993).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Yutzey, KE & Kirby, ML Warum Herz? Embryonale Ursprünge des kardiogenen Mesoderms. Dev Dyn 223, 307–320, doi: 10.1002/dvdy.10068 (2002).

Artikel PubMed Google Scholar

Bohring, A. et al. Polytopische Anomalien mit Agenesie der unteren Wirbelsäule. Am J Med Genet 87, 99–114 (1999).

3.0.CO;2-Q" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291096-8628%2819991119%2987%3A2%3C99%3A%3AAID-AJMG1%3E3.0.CO%3B2-Q" aria-label="Article reference 63" data-doi="10.1002/(SICI)1096-8628(19991119)87:23.0.CO;2-Q">Artikel CAS PubMed Google Scholar

Rougemont, AL et al. Kaudale Dysgenesie, Sirenomelie und Situs inversus totalis: ein primitiver Defekt in der Blastogenese. Am J Med Genet A 146A, 1470–1476.

Artikel PubMed Google Scholar

Solomon, BD VACTERL/VATER Association. Orphanet J Rare Dis 6, 56, doi: 10.1186/1750-1172-6-56 (2011).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Russell, LJ, Weaver, DD & Bull, MJ Das Spektrum der axialen mesodermalen Dysplasie. Pediatrics 67, 176–182 (1981).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Loffredo, CA, Wilson, PD & Ferencz, C. Mütterlicher Diabetes: ein unabhängiger Risikofaktor für schwere kardiovaskuläre Fehlbildungen mit erhöhter Mortalität betroffener Säuglinge. Teratology 64, 98–106, doi: 10.1002/tera.1051 (2001).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Stevenson, RE & Hunter, AG unter Berücksichtigung der Embryopathogenese der VACTERL Association. Mol Syndromol 4, 7–15, doi: 10.1159/000346192 (2013).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Depraetere, M., Dehauwere, R., Marien, P. & Fryns, JP Schweres axiales mesodermales Dysplasiespektrum bei einem Säugling einer diabetischen Mutter. Genet Couns 6, 303–307 (1995).

CAS PubMed Google Scholar

Dinleyici, EC et al. Schwerer tödlicher Verlauf des Spektrums der axialen mesodermalen Dysplasie im Zusammenhang mit einem komplexen Herzfehler bei einem Säugling einer Mutter mit insulinabhängigem Diabetes. Am J Med Genet A 143A, 2156–2159, doi: 10.1002/ajmg.a.31895 (2007).

Artikel PubMed Google Scholar

Referenzen herunterladen

Die DNA-Sequenzierung wurde von der Genomics Core Facility des Pennington Biomedical Research Center durchgeführt und konfokale Mikroskopie, Echtzeitbildgebung und Laser Capture Microdissection wurden in der Cell Biology and Bioimaging Core Facility durchgeführt. Beide Kerneinrichtungen werden vom PBRC Nutrition and Obesity Research Center (NORC NIH-P30DK072476) und dem PBRC Center of Biomedical Research Excellence (COBRE NIH-P20GM103528) unterstützt. Wir danken Richard Carmouche, Susan Newman und Diana Holmes für ihre fachkundige technische Unterstützung. Dieses Projekt wurde durch die NIH-Zuschüsse R01-HD085017 und R01-HD055528 einschließlich Ergänzung HD055528-03S1 (an JMS) und R01-HD37804 einschließlich Ergänzung HD37804-S2 (an CK) finanziert.

Abteilung für Regulierung der Genexpression, Pennington Biomedical Research Center, 6400 Perkins Road, Baton Rouge, 70808, LA, USA

J. Michael Salbaum & Jacalyn MacGowan

Pennington Biomedical Research Center, Abteilung für Entwicklungsbiologie, 6400 Perkins Road, Baton Rouge, 70808, LA, USA

Claudia Kruger, Nils J. Herion & Claudia Kappen

Pennington Biomedical Research Center Cell Biology and Bioimaging Core Facility, 6400 Perkins Road, Baton Rouge, 70808, LA, USA

David Burk

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

JMS und JM führten Embryosektionen durch, JM führte Laserdissektionen durch, C.Kr. bereitete RNA vor, produzierte die SAGE-Bibliotheken und führte RT-PCR sowie In-situ-Hybridisierungs- und histologische Färbungsexperimente durch, unterstützt von NH; DB führte die konfokale Bildgebung und Rekonstruktion durch, JMS führte die SAGE-Analysen und Explantatkulturen durch, die durch CK quantifiziert wurden; CK und JMS entwarfen Experimente, koordinierten das Projekt, führten bioinformatische Analysen durch und verfassten das Manuskript.

Die Autoren geben an, dass keine konkurrierenden finanziellen Interessen bestehen.

Dieses Werk ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe nichts anderes angegeben ist; Wenn das Material nicht unter der Creative-Commons-Lizenz enthalten ist, müssen Benutzer die Erlaubnis des Lizenzinhabers einholen, um das Material zu reproduzieren. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Nachdrucke und Genehmigungen

Salbaum, J., Kruger, C., MacGowan, J. et al. Neuartige Art des fehlerhaften Neuralrohrverschlusses beim nicht adipösen diabetischen (NOD) Mäusestamm. Sci Rep 5, 16917 (2015). https://doi.org/10.1038/srep16917

Zitat herunterladen

Eingegangen: 13. Juli 2015

Angenommen: 21. Oktober 2015

Veröffentlicht: 23. November 2015

DOI: https://doi.org/10.1038/srep16917

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein Link zum Teilen verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Wissenschaftliche Berichte (2021)

Naturkommunikation (2017)

Wissenschaftliche Berichte (2016)

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.