Homöobox-enthaltende Gene in Xiphophorus

Abstract

Eine Kopplung eines Homöobox Gens, Xi-X, von 15 cM mit den platyspezifischen Pigmentzellloci (PSPL) bzw. dem Tu-Komplex im Xiphophorus Melanom-Modell konnte gefunden werden. Ein Xi-X Transkript von 1,5 kb charakterisiert die Zellen der Grundfärbung (Mikromelanophoren, Xanthophoren) und die undifferenzierten Zellstadien. Ein anderes Transkript von 2,3 kb ist für die Musterpigmentzellen charakteristisch (Makromelanophoren, Xanthoerythrophoren, Erythrophoren). Die Zellen der Zelllinie DRLI sind vermutlich als Makropigmentzellen determiniert. Die unstimulierten Zellen produzieren Xi-X-Transkripte von 1,5 und 2,3 kb, eine retinsäure-stimulierte Differenzierung wird von einem Verlust des 1,5 kb Transkriptes begleitet. Schon frühe Blastenstadien von PSPL-kodierten Zellen sind vermutlich determiniert, durch ein 2,3 kb Xi-X-Transkript zu erkennen, Makropigmentzellen zu bilden. Das 1,5 kb Transkript ist in den Blastenstadien dieser Zellen anwesend und geht während der weiteren Differenzierung verloren. Die Frage wird gestellt, ob die Synthese des 2,3 kb Xi-X Transkriptes vom Gen RDiff in den RDiff-regulierten Pigmentzellmusterungen Sd und Sp abhängig sein könnte. Eine atypische Vererbung der PS- und HS-Xi-X-Fragmente konnte in den Bastarden beobachtet werden (8,6% der 70 einzelnd untersuchten Bastarde). Die Kopplungsgruppe Tu-Komplex fördert die Instabilität, die durch die Kopplungsgruppe RDiff unterbunden wird. Eine eventuelle Zuordnung von RDiff als ein Gen der Zellzyklus-Überwachung wird diskutiert. Ein möglicher Zusammenhang zwischen einer restriktiven Poly(GTCT/GACA)-Organisation bei X. maculatus, im Gegensatz zu X. helleri, und einer gut regulierten Expression des Tu-Komplexes wird angesprochen. Die Möglichkeit besteht, dass gewisse Aspekte der Geschlechtsbestimmung (X. helleri Männchen, die männliche und weibliche Heterogametie bei X. maculatus) durch die isolierte Genregion Xi-X widergespiegelt wird. Die Homologie von Xi-X zum Gen pdx-1 ist hoch (zum Zebrafisch 82% in einer Region von 259 nt), aber das abweichende Expressionsmuster der beiden Gene spricht dafür, dass Xi-X ein neues Mitglied der Xlox-Familie ist. Xi-X könnte bei Xiphophorus zusätzlich zum Gen pdx-1 ein zweites Xlox-Gen eines der ParaHox-Cluster repräsentieren, das möglicherweise nur in einem begrenzten Zweig der Fischevolution erhalten geblieben ist. Xi-X wird in der Leber (0,8 kb), Skelettmuskulatur (2,3 kb) und Herzen (0,8 kb) exprimiert. In der Leber steht die Expression von zwei verschiedenen Transkripten gleicher Länge, möglicherweise in entgegengesetzten Richtungen transkribiert, in einem quantitativ reziproken Verhältnis zu den Alimentationsvorgängen. 7 weitere Homöoboxen konnten isoliert werden und sind vermutlich Bestandteile von zwei Hox-Clustern, Xiox-1.1/1.2/1.3 und Xiox-2.1/2.2/2.3/(3.1), vorwiegend der paralogen Gruppen 5-7 zugehörend. A localization of a homeobox gene, Xi-X, on the sex chromosomes of Xiphophorus was found. The distance to the platy-specific pigmentcell-loci (PSPL) is 15cM. The gene is expressed in the pigment cells of the background coloration (micromelanophores, xanthophores; 1,5 kb transcript), another Xi-X transcript (2,3 kb) is characteristic for the pigment cells of the art/population-specific color patterns (macromelanophores, xanthoerythrophores, erythrophores). The cells of the cell line DrLi are probably determined as patterning macropigmentcells. The cells produce both Xi-X transcripts of 1,5 kb and 2,3 kb. Differentiation induced by retinoic acid was accomponied by disappearance of the 1,5 kb transcript. Early differentiation stages of PSPL-coded cells are probably determined to build macropigmentcells, recognized through a transcript of 2,3 kb. The transcript of 1,5 kb is present only in the early stages of these cells. This work discusses the possibility, that the synthesis of the 2,3 kb Xi-X transcript in the RDiff -regulated pigment cell patterns Sd and Sp is dependent on the gene RDiff. An atypical inheritance of the platy-specific and swordtail-specific Xi-X-restriction fragments in the backcross generations could be observed (8,6% of 70 fishes). The linkage group Tu-complex (PSPL) enhances the instability what is prevented by the linkage group RDiff. A potential role of RDiff as a checkpoint gene is discussed. A possible correlation between the restrictive poly(GTCT/GATA)-organization in X. maculatus, in contrast to the individual organisation in X. helleri, and a good regulated expression of the Tu-complex is discussed. Certain aspects of the sex determination (X. helleri male, the male and female heterogamety in X. maculatus) are maybe reflected in the investigated Xi-X-region. The homology of Xi-X to the gene pdx-1 is high (to pdx-1 of Danio rerio 82% in 259 nt), but a different expression pattern of the two genes suggests that Xi-X is a new member of the ParaHox-genes, a second Xlox-gene with presence only in a limited branch of the fish-evolution. Xi-X is also expressed in the liver (0,8 kb), heart (0,8 kb) and sceletal muscle (2,3 kb). In the liver the relative expression of two transcripts of the same length, probably transcribed in different directions, are quantitative inverse in digestion processes. 7 further homeobox genes was isolated and are probably parts of two Hox-clusters, Xiox-1.1/1.2/1.3 and Xiox-2.1/2.2/2.3/(3.1), most of the genes belonging to the paralogous groups 5-7.