マウス胚盤胞の発生と孵化におけるNotchシグナル伝達

Notch signaling in mouse blastocyst development and hatching.

• Mariana R Batista
• Patrícia Diniz
• Ana Torres
• Daniel Murta
• Luís Lopes-da-Costa
• Elisabete Silva

抄録

背景:

哺乳類の初期胚発生には、細胞シグナル伝達経路のよく調和した相互作用が必要である。Notchは、胚性および成体のシナリオにおける細胞運命決定に関与する主要な制御経路である。しかし、着床前胚発生におけるNotchの役割については議論の余地がある。特に、胚盤胞の発生と孵化におけるNotchの役割については不明な点が多く、この時期のNotch成分の転写・発現パターンの全容は明らかにされていない。

BACKGROUND: Mammalian early embryo development requires a well-orchestrated interplay of cell signaling pathways. Notch is a major regulatory pathway involved in cell-fate determination in embryonic and adult scenarios. However, the role of Notch in embryonic pre-implantation development is controversial. In particular, Notch role on blastocyst development and hatching remains elusive, and a complete picture of the transcription and expression patterns of Notch components during this time-period is not available.

結果:

本研究では、マウス胚盤胞発生・孵化期におけるNotch成分（受容体Notch1-4、リガンドDll1とDll4、Jagged1-2、エフェクターHes1-2）の個々の胚の遺伝子転写とタンパク質発現パターンのダイナミクス、およびそれらと多能性・分化の遺伝子マーカー（Sox2、Oct4、Klf4、Cdx2）の転写との関係を包括的に明らかにしました。Notch1-2, Jagged1-2, Hes1 の転写は、発生段階に沿って高い頻度で動的に変化したが、Notch3-4, Dll4, Hes2 の転写は胚の中では低い頻度であった。Notch1, Notch2, Jagged2, Hes1の転写レベルは、互いに相関しており、多能性・分化遺伝子の転写レベルと相関していた。Notch1, Notch2, Jagged2, Hes1 の転写レベルは相互に相関していたが、Jagged2 を除いては、すべての胚で高い転写レベルはタンパク質に変換されなかった。Notchシグナル伝達活性の存在は、核内NICDとHes1の検出、およびDAPTによる正則的シグナル伝達遮断後のHes1転写のダウンレギュレーションによって確認された。Jagged1を添加したin vitro胚培養は、胚の発生速度に影響を与えなかった。対照的に、Jagged2の補充は、Jagged1の転写を廃止し、Cdx2の転写をダウンレギュレートし、胚盤胞の孵化を阻害した。DAPTによるNotchシグナル遮断は、Sox2の転写を抑制し、胚の羽化を遅らせた。

RESULTS: This study provided a comprehensive view on the dynamics of individual embryo gene transcription and protein expression patterns of Notch components (receptors Notch1-4; ligands Dll1 and Dll4, Jagged1-2; and effectors Hes1-2), and their relationship with transcription of gene markers of pluripotency and differentiation (Sox2, Oct4, Klf4, Cdx2) during mouse blastocyst development and hatching. Transcription of Notch1-2, Jagged1-2 and Hes1 was highly prevalent and dynamic along stages of development, whereas transcription of Notch3-4, Dll4 and Hes2 had a low prevalence among embryos. Transcription levels of Notch1, Notch2, Jagged2 and Hes1 correlated with each other and with those of pluripotency and differentiation genes. Gene transcription was associated to protein expression, except for Jagged2, where high transcription levels in all embryos were not translated into protein. Presence of Notch signaling activity was confirmed through nuclear NICD and Hes1 detection, and downregulation of Hes1 transcription following canonical signaling blockade with DAPT. In vitro embryo culture supplementation with Jagged1 had no effect on embryo developmental kinetics. In contrast, supplementation with Jagged2 abolished Jagged1 transcription, downregulated Cdx2 transcription and inhibited blastocyst hatching. Notch signaling blockade by DAPT downregulated transcription of Sox2, and retarded embryo hatching.

結論:

Notch 遺伝子の転写は、胚盤胞の発生と孵化に沿ってダイナミックなパターンを示した。データはNotchシグナル伝達活性を確認し、Notch1, Notch3, Jagged1, Hes1を介してNotchの正則的なシグナル伝達が行われている可能性を示唆するものであった。また、Jagged1とJagged2を胚培養に添加することで、Jagged1、Cdx2と胚盤胞孵化との間に制御効果がある可能性が明らかになった。以上の結果から、Notchシグナル伝達の過剰または不活性化による制御の低下は、胚盤胞の発生とふ化に影響を及ぼすことが示唆された。

CONCLUSION: Transcription of Notch genes showed a dynamic pattern along blastocyst development and hatching. Data confirmed Notch signaling activity, and lead to the suggestion that Notch canonical signaling may be operating through Notch1, Notch3, Jagged1 and Hes1. Embryo culture supplementation with Jagged1 and Jagged2 unveiled a possible regulatory effect between Jagged1, Cdx2 and blastocyst hatching. Overall, results indicate that a deregulation in Notch signaling, either by its over or under-activation, affects blastocyst development and hatching.