Molecular regulation of embryonic mammary gland development

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-0570-7
Title: Molecular regulation of embryonic mammary gland development
Author: Voutilainen, Maria
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Biosciences, Genetics
Institute of Biotechnology, University of Helsinki
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2015-02-13
Language: en
Belongs to series: URN:ISSN:2342-317X
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-0570-7
http://hdl.handle.net/10138/153040
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Mammary gland development begins during embryogenesis with the formation of species-typical number of mammary placodes that emerge along the flanks of the embryo at conserved positions. By birth, the mammary primordium has undergone branching morphogenesis and displays a small ductal tree with several branches. The organ development and growth continues throughout postnatal life and the mammary gland matures to functional form only during pregnancy and following lactation. Ectodysplasin (Eda), a member of the tumour necrosis factor family, is one of the key regulators of epithelial appendage development in all vertebrates. In humans, mutations in the Eda gene, or in other components of the signalling pathway, cause hypohidrotic ectodermal dysplasia (HED), a disorder characterized by sparse hair, missing teeth, and defects in several exocrine glands including the breast. Previous studies have shown that transgenic overexpression of Eda (K14-Eda mice) in the developing ectoderm leads to formation of ectopic mammary placodes, which give rise to supernumerary glands in the adult mice. Otherwise, effects of Eda signalling in the mammary gland have been fairly unknown. Here I have analysed the role of Eda in prepubertal mammary gland development. Characterization of the mammary glands of Eda gain- (K14-Eda) and loss-of-function (Eda−/−) mice revealed that the branching morphogenesis of the organs correlated with Eda levels. Overexpression of Eda induced precocious and accelerated branching whereas lack of Eda reduced number of ductal tips. Furthermore, Eda induced supernumerary mammary placode formation not only on the flank but also in the neck region. Analysis of the mouse line with suppressed NF-kappaB signaling (IκBαΔN mice) revealed that the transcription factor is a major mediator of Eda in the mammary gland. NF-kappaB activity was shown to be necessary for the ability of Eda to induce supernumerary mammary primordia and to accelerate branching morphogenesis. With a candidate gene approach and genome wide-profiling several potent Eda target genes were identified in the mammary gland. Among them were members of the Wnt/beta-cat pathway. The obtained results suggest that Eda promotes mammary cell fate by enhancing canonical Wnt pathway activity and other effects of Eda are cooperatively mediated by certain Wnt family members in addition to other factors. To study mammary placode formation and branching morphogenesis and to assess roles of individual downstream factors or pathways, ex vivo culture systems were developed and utilized in this thesis work.Rinta- eli maitorauhaset ovat nisäkkäiden määrittelevimpiä piirteitä. Niissä tuotettu maito erittyy nännien eli nisien kautta jälkeläiselle. Tästä tulee myös nimi nisäkäs. Rinnat muodostuvat haaroittuneesta maitorauhasesta ja sitä ympäröivästä rasvakudoksesta. Niiden kehitys alkaa jo ennen syntymää. Tällöin sikiön molempien kylkien ihoon muodostuvat maitojuosteiksi kutsutut alueet, jotka ulottuvat kainaloista nivusiin. Kehityksen edetessä rakenteet häviävät, mutta juosteiden määrittelemälle alueelle ilmaantuu lajityypillinen määrä epiteeliin paikallisia paksuuntumia. Niistä muodostuvat syntymään mennessä nännit ja alkeelliset, haaroittuneet maitorauhastiehyet, jotka naisilla jatkavat kehitystään murrosiän ja kasvaneen hormonituotannon myötä. Ektodysplasiini-geeni (Eda) vaikuttaa useiden ihon johdannaisina muodostuvien elinten kuten karvojen, hampaiden sekä sylki- ja hikirauhasten varhaiseen, sikiönaikaiseen kehitykseen. Geenivirheet, jotka estävät Eda:n toiminnan, johtavat ihmisessä sekä monissa muissa selkärankaisissa oireyhtymään nimeltään hypohidroottinen ektodermaalinen dysplasia (HED). Ihmisillä, sairaus ilmenee muun muassa hiuksien ja hampaiden puuttumisena tai rakenteellisena poikkeavuutena sekä ongelmina syljen tuotossa ja hikoilussa. Ihmisen ja hiiren Eda-proteiinit ovat hyvin samanlaiset. HED-taudin hiirimallilla (Eda-/-) on useita samankaltaisia kehityshäiriöitä kuin ihmisellä. Väitöskirjatyössäni tutkin Eda-proteiinin vaikutusta rintarauhasen varhaiseen kehitykseen. Työni keskeisimmät tulokset osoittivat, että Eda vaikuttaa rintarauhasten kokoon ja lukumäärään. Tutkimuksessani hyödynsin muun muassa hiirilinjoja, joissa Eda:a ei ilmenny lainkaan (Eda-/-) tai sitä muodostuu ylen määrin (K14-Eda). Mutanttihiirten analysointi osoitti, että ilman Eda:a maitorauhaset olivat huomattavasti pienemmät eli niissä oli vähemmän haaroja. Normaalia suurempi Eda määrä taas nopeutti haarautumista, jolloin maitorauhaspuu kasvoi suuremmaksi jo sikiönkehityksen aikana. Todennäköisesti myös ihmisellä Eda:n toimintaan vaikuttavat mutaatiot aiheuttavat rintarauhasessa samankaltaisia muutoksia. Tämä voi selittää, miksi HED:sta kärsivillä potilailla esiintyy puutteellista rintojen kehitystä sekä imetysongelmia. Ryhmämme edelliset tutkimukset olivat paljastaneet, että normaalia suurempi Eda:n ilmentyminen johtaa hiiressä ylimääräisten rintarauhasten ja nisien kehitykseen maitojuosteiden määrittelemälle alueella. Ihmisellä ylimääräinen nänni on varsin yleinen synnynnäinen vika. Eda:n virheellinen toiminta saattaa osittain selittää kyseisten rakenteiden muodostumisen. Hiiritutkimuksessani kävi ilmi, että Eda:n ylimäärä aiheuttaa ylimääräisten nisien synnyn myös kaulaan. Aikaisemmin on uskottu, että maitorauhasia voi kehittyä vain etu- ja takaraajojen väliin jäävälle alueella. Tulosteni mukaan kaulan alueella on siis piilevä kyky muodostaa nisiä ja maitorauhasia. Tulokseni osoittivat myös, että ylimääräisten nisien muodostuminen ja maitorauhasen kiihtynyt haaroittuminen edellyttävät transkriptiotekijä NF-kappaB:n toimintaa. Transkriptiotekijät ovat proteiineja, jotka säätelevät geenien ilmentymistä. Eda/NF-kappaB-signalointi aktivoi muun muassa Wnt/beta-kateniini viestintäpolun toimintaa. Tämä, muiden tekijöiden ohella, edesauttaa Eda:n yli-ilmentämisestä johtuvan ilmiasun kehittymistä. Useissa rintasyövissä geenit, jotka ovat välttämättömiä rintojen varhaiselle kehitykselle, ovat muuttuneet toiminnaltaan hallitsemattomiksi. Rintasyöpään sairastuu nykyisin joka kahdeksas nainen jossain vaiheessa elämäänsä. Tutkimalla maitorauhasten muodostumista, saamme arvokasta tietoa niiden normaalista kehityksestä. Selvittämällä kehitykseen vaikuttavien geenien toimintaa ja säätelyä, voimme lisätä ymmärrystämme myös rintasyövän syntyyn ja leviämiseen vaikuttavista tekijöistä ja mahdollisesti löytää keinoja rintasyövän hallitsemiseen.
Subject: kehitysbiologia
perinnöllisyystiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
molecula.pdf 2.983Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record