Μελέτη του ρόλου της οικογένειας αυξητικών παραγόντων του TGF-β στην εμβρυϊκή και μεταεμβρυϊκή ανάπτυξη και σε παθολογικές καταστάσεις φλεγμονής και ίνωσης

Abstract

Numerous studies in genetically modified animals have demonstrated the significance of the TGF-β superfamily in development, homeostasis and disease, with a strong relevant in human homeostatic and pathological conditions. However, the precise mechanism of action, the actual cellular targets, the gene expression profile and the spatio-temporal pattern of BMP- and/or TGFβ/Activin-signalling during these processes remains poorly outlined.To address these issues, we utilised two different transgenic mouse lines, one expressing eGFP under the control of a BMP-responsive element (BRE-eGFP line) to directly visualize initiation of the canonical BMP-pathway, and a recently developed novel transgenic line expressing mRFP under the control of a TGFβ/Activin-responsive element (TRE-mRFP line). Crossing of these animals and development of double reporter mice allowed us to simultaneously monitor the BMP and TGFβ/Activin signalling in the same tissues. We also confirmed the reactivation of the these signaling pathways in inflammation and tissue damage, demonstrating the importance of these molecules, not only in homeostasis but also in pathological conditions. These animal models provide a unique opportunity to isolate specific cell populations under the control of these pathways, like adult hepatocytes, the cellular type that has been selected in this study for transcriptomic analysis, enabling the identification of new gene targets of the TGF-β superfamily.Analysis of these animals unveil a far more complex and dynamic activation pattern for the TGF-β superfamily signalling system during development, homeostasis and tissue repair than previously anticipated and construct a functional spatiotemporal map for this signalling system in health and disease.

Πλήθος μελετών με τη χρήση γενετικά τροποποιημένων ζωικών μοντέλων έχει αναδείξει τη σημασία της υπερ-οικογένειας του παράγοντα TGF-β στην ανάπτυξη, την ομοιόσταση και την παθοφυσιολογία του οργανισμού, κατ’ αντιστοιχία με μελέτες που καταδεικνύουν το φυσιολογικό και παθολογικό ρόλο της υπερ-οικογένειας του TGF-β στον άνθρωπο. Παρόλα αυτά, ο ακριβής μηχανισμός δράσης, οι κυτταρικοί στόχοι, το γονιδιακό πρότυπο έκφρασης και το χωροχρονικό πρότυπο κατανομής των κυττάρων-δεκτών της σηματοδότησης από τους BMPs ή τους TGF-β/Ακτιβίνες, δεν έχουν διαλευκανθεί ακόμα. Για να προσεγγίσουμε αυτά τα ερωτήματα, δημιουργήσαμε και αναλύσαμε δυο διαγονιδιακές σειρές μυών αναφοράς, μια που εκφράζει την πρωτεΐνη eGFP υπό τον έλεγχο ενός BMP-αποκρινόμενου υποκινητή (BRE-eGFP διαγονιδιακή σειρά) για την ανίχνευση των κυτταρικών στόχων του κανονικού BMP-μονοπατιού και μια νέα διαγονιδιακή σειρά, που εκφράζει την πρωτεΐνη mRFP κάτω από τον έλεγχο ενός TGF-β/Activin-αποκρινόμενου υποκινητή (TRE-mRFP διαγονιδιακή σειρά). Συνδυάζοντας αυτές τις σειρές, η ανάλυση των διπλά διαγονιδιακών μυών αναφοράς επέτρεψε τη συνεχή και ταυτόχρονη παρακολούθηση και των δύο σηματοδοτικών μονοπατιών.Ανάλυση διαφόρων οργάνων αποκάλυψε τους κυτταρικούς στόχους της σηματοδότησης από την υπεροικογένεια του TGF-β, ενώ ταυτόχρονα επιβεβαιώθηκε η ενεργοποίηση των σηματοδοτικών αυτών μονοπατιών σε καταστάσεις φλεγμονής και ιστικής βλάβης, αναδεικνύοντας τη σημασία αυτών των μορίων, όχι μόνο στην ομοιόσταση αλλά και σε παθολογικές καταστάσεις.Τέλος, κατέστη δυνατή η απομόνωση των κυτταρικών στόχων του BMP- και TGF-β/Activin-μονοπατιού στο ενήλικο ήπαρ και η εν τω βάθη ανάλυση του γονιδιακού προτύπου έκφρασης αυτών των κυτταρικών πληθυσμών, επιτρέποντας έτσι για πρώτη φορά τη διερεύνηση νέων γονιδίων-στόχων της TGF-β υπερ-οικογένειας.Η μελέτη αυτή ανέδειξε την πολυπλοκότητα και δυναμικότητα της ενεργοποίησης του TGF-β σηματοδοτικού μονοπατιού κατά την ανάπτυξη, την ομοιόσταση και την ιστική αναδόμηση και ανέπτυξε μοναδικά εργαλεία που επιτρέπουν την απομόνωση των κυττάρων που βρίσκονται κάτω από τη δράση αυτού του σηματοδοτικού μονοπατιού.