Die Bedeutung von SoxE-Transkriptionsfaktoren für die Entwicklung von Neuralleistenderivaten

Abstract

In recent years, Sox transcription factors have come under increasing scrutiny as important regulators of diverse developmental processes. Members of the subgroup E of Sox proteins emerged as indispensable modulators through all stages of neural crest cell development. This study adressed the impact of the two SoxE proteins Sox10 and Sox8 on the development of adrenal chromaffin cells and myelinating Schwann cells as two prominent neural crest derivatives. During development of the adrenal gland, Sox10 and Sox8 were co-expressed in neural crest cells giving rise to the adrenal medulla. Whereas Sox8 expression declined with ongoing development, Sox10 persisted at least until birth. Sox10 deficiency in mice resulted in a complete loss of the chromaffin cell population due to increased apoptosis of neural crest cells prior to immigration into the adrenal anlagen. Sox10-deficient cells already lacked Sox8 expression before dying apoptotically, arguing that Sox10 regulates Sox8 in this cell type. In contrast, loss of Sox8 did not affect Sox10 expression. Because of functional redundancy and compensation by Sox10, loss of Sox8 was without phenotypic consequence in the corresponding mouse mutant. When Sox8 was expressed instead of Sox10, it rescued half of the chromaffin cell population indicating that Sox8 is partly capable of replacing Sox10 if its expression can be maintained in the absence of Sox10. The analysis of hypomorphic Sox10 mouse mutants additionally revealed the importance of an intact dimerization domain and the conserved K2 domain for the generation of chromaffin cells in appropriate numbers. The early loss of chromaffin cells in all mutants demonstrated the essential importance of Sox10 for survival at this developmental stage. In Schwann cells, Sox10 was already identified as a key factor for specification and was additionally implicated in terminal differentiation and myelination. Sox10 induced expression of Krox20 as the master regulator of myelination through activation of the MSE, an enhancer downstream of the Krox20 gene. Seven high-affinity binding sites existed for Sox10 in the MSE and contributed to Sox10-dependent transactivation. Sox10 functioned synergistically with Oct6. For synergism, the DNA-binding domain of Sox10 was necessary as were the transactivation domain and the conserved K2 domain. Oct6 on the other hand required the DNA-binding POU domain but not the transactivation domain. The importance of the K2 domain for induction of Krox20 was also demonstrated in vivo in a hypomorphic mouse mutant where Schwann cells expressed a Sox10 protein without K2 domain. In these mice, Schwann cells failed to initiate expression of Krox20 despite Oct6 expression. This proved that Sox10 is indispensable in Schwann cells for terminal differentiation and myelination.Transkriptionsfaktoren der Sox-Protein-Familie erlangen immer mehr Aufmerksamkeit als wichtige Regulatoren zahlreicher entwicklungsbiologischer Vorgänge. Mitglieder der Untergruppe E haben sich als unverzichtbar in allen Stadien der Neuralleistenentwicklung erwiesen. Das Augenmerk dieser Studie liegt auf der Bedeutung der beiden SoxEProteine Sox10 und Sox8 für die Entwicklung chromaffiner Zellen des Nebennierenmarks und myelinisierender Schwann Zellen des peripheren Nervensystems, deren Ursprung in der Neuralleiste liegt. In Vorläuferzellen des Nebennierenmarks waren Sox8 und Sox10 anfangs koexprimiert, bevor Sox8 im Gegensatz zu Sox10 nach und nach verschwand. Im Mausmodell hatte der Verlust von Sox10 ein vollständiges Fehlen chromaffiner Zellen zur Folge, die aufgrund erhöhter Apoptose schon vor der Einwanderung in die Nebennierenanlagen zugrunde gingen. Auch vor dem apoptotischen Absterben exprimierten Sox10-defiziente Zellen kein Sox8, was auf eine Regulation von Sox8 durch Sox10 hinweist. Im Gegensatz dazu hatte der Verlust von Sox8 weder Auswirkungen auf die Expression von Sox10 noch auf die sonstige Entwicklung chromaffiner Zellen. Daher konnte Sox10 durch seine funktionelle Redundanz den Verlust von Sox8 ausgleichen. Wurde Sox8 anstelle von Sox10 exprimiert, konnte es einen signifikanten Teil der chromaffinen Population aufrecht erhalten. Hier zeigte sich, dass Sox8 bei ausreichender Expression Sox10 teilweise ersetzen konnte. Bei der zusätzlichen Analyse hypomorpher Mausmutanten wurde die Bedeutung der Dimerisierungsdomäne von Sox10 und der konservierten K2-Domäne für die Entwicklung chromaffiner Zellen deutlich. Die Beobachtung, dass die Anzahl chromaffiner Zellen in allen untersuchten Mausmutanten schon sehr früh erniedrigt war, ließ auf die besondere Bedeutung von Sox10 für das Überleben dieser Zellen in frühen Entwicklungsstadien schließen. In Schwann Zellen ist Sox10 entscheidend an der Spezifizierung beteiligt, vermutlich aber auch an der terminalen Differenzierung und Myelinisierung. Sox10 induziert Krox20, den Haupt-Regulator der Myelinisierung im peripheren Nervensystem, indem es in Synergie mit Oct6 ein Enhancer-Element transaktivert, das die Schwann Zell-Expression von Krox20 steuert. Dieses Enhancer-Element enthält sieben hoch-affine Bindestellen für Sox10, die nachweislich an der Aktivierung beteiligt sind. Für die synergistische Aktivierung war die DNA-bindende HMG-Domäne von Sox10 ebenso von Nöten wie die Transaktivierungsdomäne und die konservierte K2-Domäne. Im Oct6-Protein war die DNA-bindende POU-Domäne von vergleichbarer Wichtigkeit, während die Transaktivierungsdomäne nicht vorhanden sein musste. Die Bedeutung der K2-Domäne zeigte sich auch in vivo anhand einer hypomorphen Mausmutante mit deletierter K2-Domäne. Infolge dieser Mutation wiesen Schwann Zellen trotz intakter Expression von Oct6 kein Krox20 auf. Somit konnte die unverzichtbare Funktion von Sox10 für die terminale Differenzierung myelinisierender Schwann Zellen bestätigt werden