Identification of the transcriptional program, establishing adult intestinal stem cells during mouse embryonic development
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Die Identität der Dünndarmstammzellen (engl.: intestinal stem cells, ISCs), sowie die an ihrer Selbsterneuerung und Differenzierung beteiligten Mechanismen waren und sind das Thema vieler grundlegenden Studien. Lgr5-positive (Lgr5 ) ISCs halten die Gewebehomöostase aufrecht und alle Zellarten des Darmepithels entstammen aus diesen. Dennoch sind die Mechanismen, die für die Etablierung der Lgr5 ISCs während der embryonalen Darmentwicklung verantwortlich sind, bisher
unbekannt.
Eine in vivo Analyse der Zellabstammung zeigt, dass die ersten Lgr5 ISC-Vorläufer als eigenständige Zellpopulation im Embryonalstadium E13.5 auftauchen und zum adulten Stammzellenpool beitragen. Eine RNA-Sequenzierung des embryonalen Epithels zeigt weiterhin, dass Lgr5 Zellen Wnt-positiv sind und adulte ISC-Marker wie z.B. Axin2, CD44 und Ascl2 exprimieren.
In dieser Arbeit wird Id2, ein Transkriptionsregulator der bHLH-bindende Proteine inhibiert, als ein essentieller Kontrollfaktor für die Anzahl und den Zeitpunkt des Auftretens der Lgr5 ISCVorläufer
im Dünndarmepithel identifiziert. Ohne Expression des Id2-Gens beobachtete ich die vorzeitige Aktivierung des Wnt-Signalwegs, das Auftauchen Lgr5 Zellen bereits im Stadium E9.5, sowie drastische Veränderungen der Molekularsignatur im gesamten Darmepithel. Mit Wnt C-59,
einem pharmakologischen Inhibitor der Wnt-Sekretion, zeigte ich in vivo, dass die ektopische Wnt-Expression für die vorzeitige Formation von Lgr5 Zellen in Id2-Knockouts (Id2-/-) verantwortlich ist.
Die Abstammungsanalyse von vorzeitigen Lgr5 Zellen zeigte ihre Entwicklung zu adulten ISCs,jedoch unterscheiden sich hierbei die Molekularsignaturen signifikant zwischen Wildtyp und Id2-/-
Darmepithel. Weiterhin stellte ich fest, dass embryonale Id2-/- Zellen in ex vivo Kultur vor allem zu undifferenzierten Spheroiden, die positiv für Krebszellmarker wie z.B. Trop2, Cnx43 und
zytoplasmatisches EpCam sind, heranwachsen. Dies weist darauf hin, dass Id2 wichtig für die Embryonalproliferation und -differenzierung im Darmepithel ist. Insgesamt zeigt meine Arbeit, dass der Verlust der Id2-Expression eine Erhöhung der Lgr5 Zellzahl im Dünndarm bewirkt, die Zelldifferenzierung beeinträchtigt und zur Tumorentwicklung beiträgt.