The effect of hypoxia on vasculogenesis during early embryonic development of Xenopus laevis

Abstract

Während der Vertebratenentwicklung differenzieren Hämangioblasten zu Blutzellen und Blutgefäßen. Änderungen der Sauerstoffversorgung beeinflussen dieses Programm. Verschiedene Signale, wie Hypoxia inducible factors (HIFs), spielen dabei eine Schlüsselrolle. HIFs werden durch Prolylhydroxylasen (PHDs) reguliert, die als Sauerstoffsensoren fungieren. Während der Embryonalentwicklung wurde dieses Zusammenspiel bis heute nicht untersucht. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass unter hypoxischen Bedingungen die Überlebensfähigkeit und Entwicklungsrate der Embryonen abnimmt. Die Bildung des Gefäßsystems und die Bildung myelogener Zellen war ebenso beeinträchtigt. Die Reduktionvon PHD2 führte zu ähnlichen Ergebnissen. Funktionsverluste von HIF-1 und VHL führten ebenso zum Verlust vaskulärer Strukturen. Es kann daher geschlossen werden, dass die embryonale Gefäßbildung nicht durch ein unabhängiges genetisches Programm, sondern durch die Sauerstoffkonzentration reguliert wird.

Oxygen is an essential element for living organisms. Variations in oxygen availability during development could have notable effects on this genetic program. When cells are subjected to hypoxia, a variety of cellular responses arise which lead to increased vascular perfusion and oxygen delivery. These event are mediated via HIF-1a whose stability is regulated by the PHDs. In the current research, I could show that exposing Xenopuslaevisembryos to hypoxia decreases developmental rate and viability. Analysing the expression of endothelial precursorand differentiated cells showed that hypoxia affects formation of vascular network. In addition hypoxia also affected formation of myeloid and erythroid lineages. PHD-2 loss-of-function experimentsalso resulted in similar pattern of vessel formation. No significant effect was observed on myeloid/erythroid cell formation. Suppressing the function of HIF-1 and VHL also resulted in the loss of vascular structures. Hence, it can be suggested that hypoxia affects the formation of vascular network in vivoand embryonic vasculogenesis and is not an independent process but requires oxygen.