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Zusammenfassung:
Der erste große Schritt in der embryonalen Entwicklung der Vertebraten ist die Bildung der drei Keimblätter - Ektoderm, Mesoderm und Endoderm - während der Gastrulation. Embryonale Zellen des Epiblasten verlieren in diesem Prozess ihre Pluripotenz und
schlagen unterschiedliche Entwicklungswege ein, die auf molekularer Ebene nicht
vollständig charakterisiert sind. Embryonale Stammzellen (ES Zellen), die aus den
pluripotenten Zellen des Epiblasten stammen, exprimieren größtenteils die gleichen
Gene wie Epiblastenzellen und können in vitro gezielt in spezialisierte Zelltypen aller drei Keimblätter differenziert werden. Daher geht man davon aus, dass auch zu Beginn der ES Zelldifferenzierung transient Keimblatt-spezifische Gene exprimiert werden.
Das während der Gastrulation zwischen Tag 6,0 und 7,5 der Maus- Embryonalentwicklung entstehende endodermale Keimblatt wird auch als definitives Endoderm (DE) bezeichnet. Aus dem DE leiten sich die Organe des gastrointestinalen
und respiratorischen Trakts, wie zum Beispiel Leber, Pankreas, Intestinum und Lunge, ab. Neben dem DE entstehen unabhängig von der Gastrulation, zwischen Tag 4,5 bis 5,0
parietales Endoderm (PE) und viscerales Endoderm (VE), die extraembryonales Gewebe bilden. Das direkt dem Epiblasten aufliegende VE spielt zudem eine wichtige Rolle bei der Positionierung der Körperachsen und der Induktion bestimmter embryonaler Strukturen, wie zum Beispiel der Kopffalte. Obwohl sich VE und DE in der Embryonalentwicklung
völlig unterschiedlich ableiten lassen, besitzen sie dennoch gemeinsame funktionelle und molekulare Eigenschaften. Beide Endodermderivate exprimieren den Transkriptionsfaktor Sox17, der eine zentrale Rolle bei der Endodermentwicklung spielt.
Damit ist Sox17 ein idealer genetischer Marker der Endodermdifferenzierung.
Das Ziel dieser Arbeit war es, die frühe Differenzierung von murinen ES Zellen in Sox17-exprimierende endodermale Zellen in vitro zu untersuchen und bisher nicht beschriebene Gene des endodermalen Keimblatts zu charakterisieren. Eine transgene ES Zelllinie wurde etabliert, die das rot-fluoreszierende DsRedExpress-Protein (DsRed)
unter der Kontrolle des Sox17 Promotors exprimiert. Es konnte gezeigt werden, dass die ES-Zellen, die ihre Pluripotenz verlieren und endodermale Identität annehmen, das DsRed Transgen in vergleichbarer Weise zum endogenen Sox17 exprimieren und damit ein geeignetes in vitro Modell für Endoderm-Differenzierung darstellen. Die globale
Analyse der Genexpression und Untersuchung der Gen-Ontologie zeigten, dass Sox17 exprimierende Zellen dem visceralen, parietalen und definitiven Endoderm zuzuordnen sind. Die Analyse des Transkriptoms erlaubte es zudem neue Endoderm- assozierte Gene zu identifizieren. Die Expression der Gene Prss3, Plet1, 061000O12Rik, Chsy3, 2210011C24Rik, Gm10664, Sel1l3, Cdh6, Slc22a23, Pkdcc, Gpr120, Ttc6 und 210300C02Rik
im embryonalen Endoderm und in daraus abgeleiteten Organen in vivo konnte durch in situ Hybridisierung gezeigt werden. Darüber hinaus konnten mit Ocln, Rfx6, Cdh6 und 0610010O12Rik Gene identifiziert werden, deren Expression in vitro von SOX17 beeinflusst wird. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der in dieser Arbeit etablierten Zelllinie zur Identifizierung unbekannter Endoderm-assozierter Gene.
