The function of a newly identified retinal homeobox-containing gene, Xenopus RxL in retinal development

Abstract

Mitglieder der Rx Gen-Familie (retinal homeobox) spielen wesentliche Rollen in der Augenentwicklung von Vertebraten. In dieser Arbeit wurde ein neues Rx-Typ Gen, XRxL (Xenopus Rx like), aus Xenopus identifiziert. Eine phylogenetische Analyse ergab, das die bekannten Rx-Typ Gene in vier Kategorien eingeordnet werden können: die "Invertebraten Rx"-Gruppe, die alle Rx-Gene von Invertebraten enthält, die "klassische Vertebraten Rx"-Gruppe, die "Vertebraten Rx-Q50"-Gruppe, sowie die "Vertebraten Rx-ähnliche"-Gruppe, zu der XRxL gehört. Mit Hilfe von WMISH wurde die früheste Expression von XRxL im Gebiet der Augenvorläuferzellen in späten Neurulastadien entdeckt. Die Unterdrückung der XRxL-Funktion in vivo durch die Mikroinjektion XRxL-spezifischer antisense-Morpholino Oligonukleotide beeinflusste die Bildung der Photorezeptorschicht und reduzierte die Expression photorezeptorspezifischer Gene, führte jedoch nicht zu einer signifikant erhöhten Proliferation retinaler Vorläuferzellen. Die gezielte Überexpression von XRxL in sich entwickelnden Retinoblasten in vivo führte zu einer erhöhten Fraktion von Photorezeptorzellen auf Kosten von Amacrin- und Bipolarzellen. Darüberhinaus führte XRxL zu einer Erhöhung von Stäbchen- und Zapfen-Photorezeptoren, mit einer Präferenz für Stäbchen. Unsere in vivo Experimente zeigten ebenfalls, das XRxL als Transkriptionsaktivator wirkt. Als Fazit kann gesagt werden, das XRxL, im Gegensatz zu XRx1, welches die Proliferation retinaler Vorläuferzellen fördert, für die Festlegung retinaler Zelltypen notwendig ist.

Members of the Rx (retinal homeobox) gene family play vital roles during eye development in vertebrates. In this thesis, a new Rx-type gene, XRxL, was identified from Xenopus. According to a phylogenic analysis, all-known Rx-type genes could be grouped into four categories, including the "invertebrate Rx" group, which contains all Rx genes from invertebrates, the "classical vertebrate Rx" group, the "vertebrate Rx-Q50" group, and the "vertebrate Rx-like" group to which XRxL belongs. The earliest expression of XRxL can be detected in the presumptive eye area at late neurula stage by WMISH. Suppression of XRxL function in vivo by microinjection of RxL-specific antisense morpholino oligonucleotides impaired the formation of the photoreceptor layer and reduced the expression of photoreceptor specific genes. Overexpression of XRxL induced ectopic expression of photoreceptor specific genes, but did not promote the proliferation of retinal progenitor cells significantly. Targeted overexpression of XRxL in developing retinoblasts in vivo led to the increased fraction of photoreceptor cells at the expense of amacrine and bipolar cells. Moreover, XRxL was found to promote both rod and cone photoreceptors, with a preference for rods. Our in vivo experiments also revealed that XRxL acts as a transcription activator. Taken together, XRxL, unlike XRx1, is required for the determination of retinal cell types, especially photoreceptor cells, rather than to promote the proliferation of retinal progenitor cells.