Ein USC-geführtes Team von Wissenschaftlern hat eine sabbernswerte Entdeckung darüber gemacht, wie sich Sehnen und Speicheldrüsen im Kiefer entwickeln. Ihre Ergebnisse werden in einer neuen Studie veröffentlicht Entwicklungszelle.
Damit unsere Kiefer funktionieren, benötigen sie nicht nur ein präzise gemustertes Skelett, sondern auch Sehnen, die das Kieferskelett mit Muskeln und Speicheldrüsen verbinden, die den Mund schmieren. Bemerkenswerterweise stammen Skelett, Sehnen und Drüsen alle aus derselben Population von Stammzellen, die aus einer als Neuralleiste bekannten Zellpopulation hervorgehen. Wie diese aus der Neuralleiste stammenden Zellen wissen, wie sie den richtigen Zelltyp an der richtigen Stelle bilden, ist ein Rätsel geblieben.
Um diese Frage zu beantworten, untersuchten Erstautor Hung-Jhen (Olivia) Chen aus dem Labor des korrespondierenden Autors Gage Crump, Professor und stellvertretender Vorsitzender für Stammzellbiologie und regenerative Medizin an der Keck School of Medicine der USC, und Kollegen alle diese Fragen Gene, die bei der Entwicklung des Gesichts von Zebrafischen aktiv waren. Dann konzentrierten sie sich auf ein bestimmtes Gen, Nr5a2, das in einer Region des Gesichts aktiv war, die Sehnen und Drüsen, aber kein Skelett bildet.
Um die Rolle von Nr5a2 zu verstehen, schufen die Wissenschaftler Zebrafische, denen dieses Gen fehlt. Diese mutierten Zebrafische erzeugten überschüssigen Knorpel und es fehlten Sehnen in ihren Kiefern.
Die Wissenschaftler entwickelten auch Mäuse, denen dieses Gen speziell in ihren Neuralleistenzellen fehlt. Diese Mäuse hatten nicht nur Skelett- und Sehnendefekte in ihren Kiefern, sondern entwickelten auch keine Speicheldrüsen. Ähnliche Defekte wurden auch im Mittelohr beobachtet, was einen dramatischen evolutionären Übergang widerspiegelt, bei dem ein Teil des Fischkiefers zum Mittelohr der Säugetiere wurde.
Um zu klären, wie das passiert, untersuchten die Wissenschaftler die Struktur des Genoms von Zebrafischen, denen Nr5a2 fehlt. Sie fanden heraus, dass Nr5a2 für die Öffnung von Regionen des Genoms unerlässlich ist, die es Neuralleistenzellen ermöglichen, ihre Stammzellmerkmale beizubehalten, während diese Zellen gleichzeitig darauf vorbereitet werden, später in der Kieferentwicklung Sehnen und Speicheldrüsen zu bilden.
„Die Entdeckung einer sehr spezifischen Rolle von Nr5a2 bei der Kiefermusterung war unerwartet, da zuvor gezeigt wurde, dass dieses Gen für die Aufrechterhaltung embryonaler Stammzellen unerlässlich ist“, sagte Crump. „Unsere Arbeit zeigt, wie ein wichtiger Stammzellfaktor später in der Entwicklung anders genutzt werden kann, um zu steuern, wie verschiedene Zelltypen hergestellt werden.“
Mehr Informationen:
Hung-Jhen Chen et al., Nuklearer Rezeptor Nr5a2 fördert diverse Bindegewebsschicksale im Kiefer, Entwicklungszelle (2023). DOI: 10.1016/j.devcel.2023.02.011