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1.5Xenopus laevis als Modellorganismus - Die Rolle des Transkriptionsfaktors hnf1 und seiner Interaktionspartner

1.5Xenopus laevis als Modellorganismus


Der afrikanische Krallenfrosch Xenopus laevis gehört zur Gattung der zungenlosen Frösche (Pipidae). Er stammt aus Mittel und Südafrika und lebt aquatil. Er wird seit Jahren als Modellorganismus zur Erforschung entwicklungsbiologischer Prozesse benutzt. Daher sind viele Methoden gut etabliert (s. u.). Gegenüber höher entwickelten Vertebraten verfügt er über viele Vorteile. Er ist in Aquarien einfach zu halten und zu züchten. Durch Injektion von Choriongonadotropin legen die Weibchen bis zu 3000 Eier. Diese Eiablage kann alle drei Monate induziert werden. Durch in vitro Fertilisation können die Eier einfach befruchtet werden. Sie haben etwa die Größe eines Stecknadelkopfes und sind daher leicht zu manipulieren. Die Embryonen entwickeln sich außerhalb der Mutter in einer einfachen Salzlösung oder in Wasser. Die Organentwicklung lässt sich gut beobachten, denn die Larven sind transparent.

Um bestimmte Proteine überzuexprimieren, wird ihre kodierende RNA in vitro hergestellt und in eine oder mehrere Blastomere des sich entwickelnden Embryos injiziert (Sive et al., 2000). Die Auswahl der Blastomere bestimmt dabei, in welchen Teilen des Embryos das Protein exprimiert wird. Um diese Teile sichtbar zu machen, wird als Markierung z. B. RNA für das grün fluoreszierende Protein (GFP) mit injiziert. Die GFP-Fluoreszenz ist bereits im Blastulastadium zu sehen. Die injizierte RNA ist allerdings nicht dauerhaft stabil, sodass nach einigen Tagen kein Protein mehr überexprimiert wird.

Umgekehrt kann die Expression von Genen durch Injektion synthetisch hergestellter Nukleinsäuren, der Morpholino-Oligonukleotide, gehemmt werden. Dazu ist es jedoch erforderlich, die Xenopus-spezifische DNA-Sequenz des Gens zu kennen, um die xenopusspezifischen komplementären Morpholino-Oligonukleotide herzustellen. Um festzustellen, in welchen Geweben und zu welchem Zeitpunkt in der Entwicklung bestimmte Gene exprimiert werden, eignen sich die Xenopusembryonen besonders zur Whole mount in situ Hybridisierung. Die Entwicklungsstadien sind nach Niewkoop und Faber eingeteilt und leicht zu bestimmen. Außerdem kann mit Hilfe der Whole mount in situ Hybridisierung nach der Überexpression oder Hemmung eines Gens untersucht werden, welchen Einfluss dieser Eingriff auf die Expression anderer Gene hat. Unter erheblich größerem Aufwand ist es außerdem möglich, transgene Xenopus herzustellen, bei denen das Transgen stabil ins Genom integriert ist und konditional aktiviert werden kann. Dadurch kann die Funktion eines Gens zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Entwicklung getestet werden (Jones 2005). Auch Transplantationsexperimente und die Induktion von Gewebeentwicklung anhand animaler Kappen sind mit Xenopus-Embryonen etabliert. Durch Zugabe von Activin A und Retinsäure zu animalen Kappen kann beispielsweise die Entwicklung von Pronephrosgewebe induziert werden (Asashima et al., 2000).

Anhand solcher Experimente konnten schon die Rollen vieler Schlüsselmoleküle der Entwicklung charakterisiert werden, z. B. die Rolle des Wnt-Signalweges während der Entwicklung (Kühl 2002).

1.6Erbliche Anomalien der Niere und der Harnwege


Der Metanephros ist die direkte Vorstufe der Niere. Seine Entwicklung im menschlichen Foetus beginnt in der fünften Woche nach der Befruchtung. Die Ureterknospe wächst vom Wolffschen Gang aus in das renale Mesenchym und verzweigt sich dabei viele Male. An den Spitzen der Verzweigungen induziert er die Verdichtung des renalen Mesenchyms und die Entwicklung der Nephrone aus den verdichteten Zellen. Die Ureterknospe selbst bildet die Sammelrohre und den Ureter. Werden diese frühen Ereignisse der Nierenentwicklung gestört, so resultieren daraus eine Reihe von Fehlbildungen wie das völlige Fehlen einer Niere, Dysplasie oder Hypoplasie, sowie Anomalien der Harnwege. Diese Fehlbildungen werden zusammengefasst als „congenital anomalies of the kidney and urinary tract (=CAKUT)“ (Woolf 2006). CAKUT ist in 40% der Kinder mit chronischer Niereninsuffizienz oder Nierenversagen der Grund dieser Erkrankung. Bei einem von 200 Neugeborenen wird per Ultraschalluntersuchung eine solche Fehlbildung entdeckt (Weber et al., 2006). Diese sind häufig mit anderen Anomalien assoziiert. In der Datenbank OMIM sind mehr als 100 CAKUT Syndrome beschrieben, von denen bei vielen der genetische Hintergrund nicht geklärt ist (Woolf 2006).

Zu den bekannten CAKUT-Genen gehören eyes absent 1 (EYA1), sine oculis 1 (SIX1), paired box 2 (PAX2), SALL1 und HNF1. Mutationen dieser Gene führen zu verschiedenen Syndromen mit Nierenfehlbildungen. Bei 70-90% der Patienten ist jedoch nicht bekannt, welches fehlerhaft exprimierte Gen für die Fehlbildung verantwortlich ist (Weber et al., 2006; Ulinski et al., 2006).
2010-07-19 18:44 Читать похожую статью
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