Analysen zur Redundanz sowie Spezialisierung der Connexin-Genfamilie mittels „Knock In“-Mäusen

Abstract

Die Expressionsmuster und biophysikalischen Eigenschaften der Connexine legen ein hohes Maß an funktioneller Spezialisierung nahe, demgegenüber stehen die Hinweise auf eine funktionelle Redundanz unter den Mitgliedern der Genfamilie. Der Ersatz der kodierenden Region eines Connexin Gens gegen die eines anderen Connexin Gens ermöglicht somit die Erforschung gemeinsamer und unterschiedlicher physiologischer Eigenschaften der beiden Gene. <br /> Das Ziel der vorliegenden Arbeit war deshalb, eine mögliche Ersetzbarkeit der beiden Connexine, Cx26 und Cx43, mit Hilfe zweier "Knock In"-Mauslinien zu untersuchen.<br /> (1) Durch den gezielten Aus­tausch der kodierenden Region von Cx26 gegen das, mit LoxP-Sequenzen flankierte, LacZ-Reportergen, konnte die Cx26 Expression allgemein und besonders in Zelltypen, in denen bislang ein Vorkommen von Cx26 umstritten war, geklärt werden. Die Cx26 Expression konnte durch das LacZ-Verteilungsmuster in einer Vielzahl bekannter Cx26 exprimierender Gewebe, wie Haut, Leber, Plazenta, Cochlea und Niere bestätigt werden. Im Gehirn wurde die LacZ/Cx26-Ausprägung nur in den Meningen gefunden, jedoch nicht in Astrozyten. Das LacZ-Reportergen konnte, durch Cre-Rekombinase vermittelt, aus dem Mausgenom deletiert werden, wodurch das Leseraster von Cx32 unter dem Promoter von Cx26 ausgeprägt werden konnte. Cx26-defiziente Mäuse sind homozygot embryonal letal. Erstaunlicherweise konnte Cx32 die Funktion von Cx26 in der Embryogenese schon in heterozygoten Cx26^26/32-Embryonen nicht ersetzen. Die Cx26^26/32-Embryonen entwickelten sich bis zur Geburt und zeigten phänotypische Anomalien, die von Tier zu Tier variierten. Die Organogenese wirkte in histologischen Analysen von Cx26^26/32-Embryonen im Vergleich zu Wildtyp-Embryonen desorganisiert und rudimentär. Ungewöhnlicherweise wurde der Raum zwischen den Organen und unter der Haut durch vermeintlich mesenchymales Bindegewebe aufgefüllt. <br /> (2) Der gezielte Ersatz deAr Cx43 kodierenden Region durch das Leseraster von Cx26 führte hingegen zur Geburt lebensfähiger heterozygoter (Cx43^43/26) und homozygoter (Cx43^26/26) Mäuse. Heterozygote Cx43^43/26-Weibchen konnten ihren Nachwuchs nur ungenügend ernähren. Eine gestörte Morphogenese des Herzens, wie für homozygot Cx43-defiziente Mäuse beschrieben, wurde nicht beobachtet. Die Elektrokardiogramme der Cx43^43/26- und Cx43^26/26-Tiere unterschieden sich nicht signifikant von den Kontrollen. Eine Keimzelldefizienz wurde so­wohl bei Cx43^26/26-Männchen als auch bei Cx43^26/26-Weibchen beobachtet, was eine Infertilität zur Folge hatte. Analysen des follikel-stimulierenden Hormons ließen einen primären, gonadalen Effekt vermuten. Außerdem zeigten die homozygoten Tiere ein postnatal reduziertes Wachstum. <br /> Einerseits zeigen diese Ergebnisse eine funktionelle Redundanz unter den Mitgliedern der Connexin-Genfamilie. Andererseits können bestimmte Funktionen Gap Junction vermittelter interzellulärer Kommunikation anscheinend nur von bestimmten Connexinen vermittelt werden.