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Titelaufnahme

Titel
Molecular role of FoxH1 in early zebrafish development / by Hao Chen
VerfasserChen, Hao
Begutachter / BegutachterinOnichtchouk, Daria
GutachterMeyer, Dirk
Erschienen2014
UmfangIII, 135 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftInnsbruck, Univ., Diss., 2014
Datum der AbgabeMai 2014
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Zebrafisch / Gastrulation / Nodal / Foxh1 / Smad / Downstream-Ziele / Keimblätter Bildung / Ntl / FGF / miR-430 / Retinsäure / Rbp7 / Nmnat1-rbp7a
Schlagwörter (EN)Zebrafish / Gastrulation / Nodal / Foxh1 / Smad / Downstream targets / germ layers formation / Ntl / FGF / miR-430 / Retinoic acid / Rbp7 / Nmnat1-rbp7a
Schlagwörter (GND)Zebrabärbling / Transkriptionsfaktor / Embryonalentwicklung / Entoderm / Mesoderm / Gastrulation / Signalkette
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-1407 Persistent Identifier (URN)
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Molecular role of FoxH1 in early zebrafish development [17.05 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

In der frühen Wirbeltierentwicklung reguliert der TGF-beta Faktor Nodal die Bildung und Musterung der Keimblätter. Wie die Funktionen von Nodal auf Ebene der Transkription umgesetzt werden, ist erst in Ansätzen verstanden. Ziel dieser Arbeit war die funktionelle Analyse des Transkriptionsfaktors FoxH1, der als einer der zentralen Effektoren des Nodal Signalwegs gilt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmals eine genomweite Bestimmung der frühembryonalen FoxH1 Bindungsstellen durchgeführt. In einem ChIP-seq Ansatz in Gastrula Zebrafisch Embryonen konnten 8,342,137 Sequenzen kartiert, und 6,161 potentielle direkte Zielgene identifiziert werden. Bioinformatischen Analysen zeigten Foxh1-DNA-Interaktionen sowohl mit konservierten als auch nicht-konservierter Sequenzmotiven. Untersuchungen zur Überlappung der Foxh1 Bindestellen bestätigten die erwartete Interaktion mit Smad 2/3 Proteinen und lieferten Hinweise auf eine Interaktion mit anderen frühembryonalen Transkriptionsfaktoren wie Ntl. Die Ergebnisse betätigten die wichtige Funktion von Foxh1 im Nodal Signalweg und wiesen Foxh1 eine zentrale Rolle bei der Vernetzung und Koordination der Nodal, FGF, WNT und BMB-Signalwege in der Frühentwicklung zu.

Vertiefende Analysen des Foxh1 Zielgens rbp7a (Retinoid Binding Protein 7a) ergaben zusätzliche Funktionen bei der Modulation des Retinsäure Signalwegs. Die Analysen zeigten, dass Foxh1/Nodal die Expression von rbp7a reprimiert, und gleichzeitig die Expression von aldh1A2 induziert. Die Daten deuten auf eine koordinierende Funktion von Foxh1 bei der Aldh-abhängigen Oxiadation von embryonal zirkulierenden Retinoiden zu Retinsäure, und der durch Rbp7 unterdrückten Freisetzung dieser Retinoide aus dem maternalen Dotter. Bei diesen Untersuchungen wurde zusätzlich ein neues innerhalb der Wirbeltiere konserviertes Fusionsprodukt aus dem NAD+ katalysierenden Enzymen Nmnat1 und Rbp7a entdeckt. In vivo Imaging Versuche zeigten GFP-Fusionen mit Nmnat1-Rbp7a und Rbp7a sowohl im Zytoplasma als auch im Zellkern, während Nmnat1 vornehmlich im Zellkern beobachtet wurde. Da NAD+ ein essentieller Kofaktor für die im Zytoplama stattfindende Retinoid-Oxidation ist, deuten die Ergebnisse auf eine funktionelle Verknüpfung von Retinoid Transport und Oxidation im Nmnat1-Rbp7 Fusionsprotein hin.

Zusammenfassung (Englisch)

In vertebrate development, the TGF-beta factor Nodal has essential functions in germ layers formation and patterning. FoxH1 is considered as a key transcriptional effector of Nodal signaling pathway. The aim of this thesis was to define the role of FoxH1 in modulates downstream genes expression patterns and functions of these genes. By employing ChIP-seq, the chromatin occupancy of FoxH1 was globally investigated in zebrafish gastrulation. Totally 8,342,137 reads were mapped to zebrafish genome and 6,161 direct targets were identified. Bioinformatics analyses revealed bindings of FoxH1 to either conserved consensus sequences (canonical peaks) or to non-classical motif containing sequences (noncanonical peaks). Further analyses confirmed the genomic co-occupancy of FoxH1 with Smad proteins to FoxH1/Smad composite regulatory element, and also revealed a novel co-occupancy with the T-box factor No tail. The data suggest FoxH1 binds to regulatory element through potentially indirect binding with other co-factors such as Ntl. FoxH1 peaks-associated direct targets are involved in various early acting signaling pathways. These direct targets include genes functioning at different levels in the Nodal, FGF, BMP, and Wnt signaling pathways. The data provides evidences for a central role of FoxH1 in mediating crossing talks among different pathways.

Retinoid Binding Proteins are carriers for retinoids. In this research, duplicated Rbp7a and Rbp7b functions are required for zebrafish embryonic development. This study also revealed that Nodal/FoxH1 signaling represses rbp7a expression while it induces transactivation of one retinoic acid-catalyzing enzyme Aldh1A2 in early embryo stage. The complementary expression suggests a Nodal dependent coordination between release of retinol from stored retinoids and conversion of this retinol to retinal and retinoic acid. Nmnat1-Rbp7 is a conserved isoform. Nmnat1-Rbp7 still retains the function of Rbp7a in retinol level mediation and Nmnat1 in NAD+ catalysis. In vivo imaging studies revealed Nmnat1-Rbp7a localized to the cytoplasm and nucleus, similar as Rbp7a. As NAD+ is an essential co-factor for the cytoplasmic enzymes of retinoid oxidations, our data suggests Nmnat1-Rbp7 as a novel link between retinoid delivery and oxidation.