The role of trophoblast in embryonic development : genetic and embryological studies

Abstract

Αυτή η μελέτη είχε δύο βασικούς στόχους χρησιμοποιώντας το ποντίκι ως ένα πειραματικό μοντέλο συστήματος των θηλαστικών . Ο πρώτος στόχος ήταν να διερευνηθούν, κατά την πρώιμη περίοδο μετά την εμφύτευση, οι ανεξερεύνητες σε μεγάλο βαθμό επιδράσεις του τροφοβλάστη (εξωεμβρυικός ιστός που αποτελεί τον πρόγονο των περισσότερων κυττάρων του πλακούντα) στην ικανότητα της επιβλάστης (πρόγονος του νεογέννητου εμβρύου) να διαφοροποιείται προς εμβρυονικά εκτοδερμικά παράγωγα δηλαδή, τα κύτταρα του κεντρικού νευρικού συστήματος (νευρωνική διαφοροποίηση) και τα κύτταρα του επιφανειακού εκτοδέρματος (ιστοί όπως η επιδερμίδα). Ο δεύτερος στόχος ήταν η εγκαθίδρυση ενός νέου συστήματος καλλιέργειας ολόκληρου εμβρύου για την ανάπτυξη εμβρύων, τα οποία βρίσκονται στο στάδιο πριν τη γαστριδίωση και μετά την εμφύτευση, σε προχωρημένο στάδιο γαστριδίωσης, μέσα σε ένα ελεύθερο από ορό και καθοριζόμενο υγρό καλλιέργειας. Ένα πλεονέκτημα αυτής της προσέγγισης σε σχέση με τις τρέχουσες μεθόδους είναι ότι οι τελευταίες χρησιμοποιούν απροσδιόριστα υγρά καλλιέργειας που θέτουν σε κίνδυνο την επαναληψιμότητα των αποτελεσμάτων, περιπλέκοντας έτσι την ερμηνεία τους. Ο πρώτος στόχος έχει επιτευχθεί χρησιμοποιώντας (α) κυήματα που δεν διαθέτουν ένα λειτουργικό μεταγραφικό παράγοντα, γνωστό ως το γονίδιο Ets2 (που εδώ αναφέρονται ως Ets2 μεταλλαγμένα έμβρυα), δεδομένου ότι αντιπροσωπεύουν ένα in vivo σύστημα για τη μελέτη της Ets2-επαγώμενης σηματοδότησης του τροφοβλάστη στην ανάπτυξη του εμβρύου , (β) κυήματα άγριου τύπου, των οποίων το τμήμα του τροφοβλάστη έχει αφαιρεθεί χειρουργικά, και έχει ακολουθήσει η in vitro καλλιέργεια τους για την εκτίμηση των επιπτώσεων στην ανάπτυξη του εκτοδέρματος που θα έχει η αφαίρεση του τροφοβλάστη. Δείχνεται για πρώτη φορά, ότι η σηματοδότηση από τον τροφοβλάστη γενικότερα, και η Ets2-επαγώμενη σηματοδότηση του τροφοβλάστη ειδικότερα, είναι απαραίτητη για την προώθηση της νευρικής διαφοροποίησης και για τον περιορισμό της διαφοροποίησης του επιφανειακού εκτοδέρματος. Χρησιμοποιώντας μια ποικιλία μεθόδων, τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης παρέχουν ένα μοντέλο για το πώς το Ets2 (στον τροφοβλάστη) επάγει αυτό το σημαντικό ρόλο του τροφοβλάστη. Το μοντέλο αυτό περιλαμβάνει: Ets2-εξαρτώμενο, τροφοβλαστικά-επαγώμενο περιορισμό της σηματοδότησης των BMP στο έμβρυο μέσω του περιορισμού της έκφρασης ΒΜΡ2 εντός του σπλαχνικού ενδοδέρματος, μέσω ενός Nodal-εξαρτώμενου μονοπατιού.

This thesis had two main aims using the mouse as an experimental mammalian model system. The first aim was to investigate, during the early postimplantation period, the largely unexplored influences of the trophoblast (extraembryonic tissue that constitutes the progenitor of most cells of the placenta) on the ability of the epiblast (progenitor of the newborn individual) to differentiate towards embryonic ectoderm derivatives, that is, cells of the central nervous system (neural differentiation) and cells of surface ectoderm (tissues such as the epidermis). The second aim was to develop a novel whole embryo culture system for the development of pre-gastrulation postimplantation embryos to advanced gastrulation stages in a serum-free and defined culture medium. One advantage of this approach over current methodologies is that the latter use undefined culture media, which compromise the reproducibility of results and complicate their interpretation. The first aim was addressed using (a) conceptuses that lack a functional transcription factor known as Ets2 gene (referred to here as Ets2 mutants), as they represent an in vivo system for the study of Ets2-mediated trophoblast signaling on embryo development, (b) wildtype conceptuses whose trophoblast part was surgically removed, followed by in vitro culture to assess the developmental consequences of trophoblast ablation on ectoderm development. It is shown for the first time that trophoblast signaling in general, and Ets2-mediated trophoblast signaling in particular, is required for the promotion of neural differentiation and for the restriction of surface ectoderm differentiation. Using a variety of methodologies the results of this thesis provide a model as to how Ets2 in trophoblast mediates this novel trophoblast role. This model involves Ets2-dependent trophoblast-mediated restriction of BMP signaling within the embryo via restriction of Bmp2 expression within the visceral endoderm, through a Nodal-dependent pathway. The second aim was achieved using a defined and serum-free culture medium known as N2B27. Specifically, the results of this thesis show for the first time that most early postimplantation embryos isolated before gastrulation can develop to advanced gastrulation stages in N2B27. This novel culture system does not suffer from the aforementioned disadvantages of current methodologies and is expected to contribute to the understanding of fundamental embryonic events that take place during this period, such as epiblast patterning and gastrulation.