Role of Eda and Troy pathways in ectodermal organ development

Several organs of the embryo develop as appendages of the ectoderm, the outermost layer of the embryo. These organs include hair follicles, teeth and mammary glands, which all develop as a result of reciprocal tissue interactions between the surface epithelium and the underlying mesenchyme. Several signalling molecules regulate ectodermal organogenesis the most important ones being Wnts, fi broblast growth factors (Fgfs), transforming growth factor -βs (Tgf-βs) including bone morphogenetic proteins (Bmps), hedgehogs (Hhs), and tumour necrosis factors (Tnfs). This study focuses on ectodysplasin (EDA), a signalling molecule of the TNF superfamily. The effects of EDA are mediated by its receptor EDAR, an intracellular adapter protein EDARADD, and downstream activation of the transcription factor nuclear factor kappa-B (NF-кB). Mice deficient in Eda (Tabby mice), its receptor Edar (downless mice) or Edaradd (crinkled mice) show identical phenotypes characterised by defective ectodermal organ development. These mouse mutants serve as models for the human syndrome named hypohidrotic ectodermal dysplasia (HED) that is caused by mutations either in Eda, Edar or Edaradd. The purpose of this study was to characterize the ectodermal organ phenotype of transgenic mice overexpressing of Eda (K14-Eda mice), to study the role of Eda in ectodermal organogenesis using both in vivo and in vitro approaches, and to analyze the potential redundancy between the Eda pathway and other Tnf pathways. The results suggest that Eda plays a role during several stages of ectodermal organ development from initiation to differentiation. Eda signalling was shown to regulate the initiation of skin appendage development by promoting appendageal cell fate at the expense of epidermal cell fate. These effects of Eda were shown to be mediated, at least in part, through the transcriptional regulation of genes that antagonized Bmp signalling and stimulated Shh signalling. It was also shown that Eda/Edar signalling functions redundantly with Troy, which encodes a related TNF receptor, during hair development. This work has revealed several novel aspects of the function of the Eda pathway in hair and tooth development, and also suggests a previously unrecognized role for Eda in mammary gland development.

Useat eri alkion elimet, kuten karvat, hampaat ja maitorauhaset, kehittyvät ektodermistä eli alkion uloimmasta pintakerroksesta. Näitä elimiä kutsutaan ihon johdannaiselimiksi eli ektodermaalisiksi elimiksi ja ne kehittyvät ihon epiteelikerroksen ja alla olevan mesenkyymikerroksen vastavuoroisten vuorovaikutusten ohjaamina. Useat erilaiset signaalimolekyylit säätelevät ihon johdannaiselinten kehitystä ja tässä työssä keskitytään ektodysplasiinin (EDA) rooliin näissä kehitystapahtumissa. EDA kuuluu tuumorinekroosifaktori (TNF) molekyyliperheeseen ja se vaikuttaa reseptorimolekyylinsä EDAR kautta, mikä johtaa EDARADD-sovitemolekyylin ja NF-кB-transkriptiotekijän aktivoitumiseen. Hiiret, joilla on puutteellinen Eda- (Tabby hiiret), Edar- (downless-hiiret) tai Edaradd-geeni (crinkled hiiret), muistuttavat suuresti toisiaan siten, että niiden ihon johdannaiselinten kehitys on häiriintynyt. Näitä hiiriä voidaan käyttää mallina ihmisen hypohidroottiselle ektodermaaliselle syndroomalle, jonka aiheuttaa mutaatio joko Eda-, Edar- tai Edaradd-geenissä. Tämän työn tarkoituksena oli kuvata ihon johdannaiselinten muutoksia johtuen Eda-geenin ylenmääräisestä ilmentämisestä alkion pintakerroksessa (K14-Eda-hiiret) ja tutkia ektodysplasiinin roolia ihon johdannaiselinten kehityksessä käyttäen sekä in vivo- että in vitro menetelmiä. Työssä tutkittiin myös Eda- ja muiden Tnf-signaalireittien mahdollista ylimäärää eli redundanssia ihon johdannaiselinten kehityksessä. Tulokset ehdottavat, että Eda-signaloinnilla on merkittävä rooli ihon johdannaiselinten kehityksessä useassa eri vaiheessa alkaen kehityksen alkuvaiheista aina elinten erilaistumiseen saakka. Tulokset ehdottavat, että ihon johdannaiselinten kehityksen alkuvaiheissa Eda-signalointi edistää solujen erilaistumista elimiä muodostaviksi soluiksi ihon muita rakenteita muodostavien solujen kustannuksella. Tulosten mukaan Eda:n vaikutukset selittyvät ainakin osittain tiettyjen geenien ilmentämisen estämisellä ja toisten kiihdyttämisellä. Tulokset myös ehdottavat, että Eda/Edar-signalointi vaikuttaa redundantisti Troy-signaloinnin kanssa. Troy kuuluu myös Tnf-perheeseen ja on tärkeä tekijä karvan kehityksessä. Tässä työssä paljastui useita uusia näkökulmia Eda-signaalireitin merkityksestä karvan ja hampaan kehitysvaiheissa. Lisäksi Eda-signaloinnin uusi, ennen tuntematon rooli maitorauhasen kehityksessä paljastui. Tuloksilla saattaa olla kliinistä merkitystä ihmisen hypohidroottisen ektodermaalisen syndrooman hoitomuotojen suunnittelussa.