Justyna Podolak-Popinigis Regeneracja jest to zdolność do

Justyna Podolak-Popinigis Regeneracja jest to zdolność do

Justyna Podolak-Popinigis
Epigenetyczne i transkryptomiczne podstawy potencjału regeneracyjnego ssaków. Badania na
modelach skóry płodowej i dorosłej myszy MRL/MpJ.
Regeneracja jest to zdolność do odbudowy uszkodzonych lub utraconych tkanek, kończyn
oraz narządów. Efektywne procesy regeneracji obserwowane u prymitywnych kręgowców mogą
przejawiać się w tak spektakularnych zjawiskach jak odtworzenie całych kończyn po ich amputacji.
Rozwój metod umożliwiających badanie globalnych profili ekspresji i metylacji genów pozwala na
nowe spojrzenie na problem regeneracji u ssaków.
Celem pracy była charakterystyka molekularnych podstaw potencjału regeneracyjnego ssaków
w oparciu o dwa modele wykazujące podwyższoną odpowiedzią regeneracyjną na zranienia: mysz
MRL/MpJ oraz skóra piętnastodniowych embrionów (E15) myszy C57BL/6J. Powyższe przykłady są
często uważane za ważne modele organizmów w badaniach nad procesem regeneracji.
Analiza transkryptomiczna dla pięciu badanych tkanek szczepu myszy MRL/MpJ,
w porównaniu do dwóch kontrolnych szczepów myszy - C57BL/6J oraz BALB/c, wykazała, że wiele
genów wykazuje odmienny poziom ekspresji pomiędzy badanymi szczepami myszy. Pośród genów
o obniżonym poziomie ekspresji, nadreprezentację wykazywały transkrypty związane z odpowiedzią
immunologiczną. Natomiast geny posiadające podwyższony poziom ekspresji u myszy MRL/MpJ,
w porównaniu do dwóch kontrolnych szczepów myszy, były głównie zaangażowane w szlak
metabolizmu retinolu lub wiązania retinoidów, we wszystkich analizowanych tkankach. Ponadto,
pośród transkryptów o podwyższonym poziomie ekspresji w tkance serca myszy MRL/MpJ
nadreprezentację wykazywały także geny związane ze szlakiem PPAR.
Analiza zmian w globalnych profilach metylacji i ekspresji w skórze grzbietowej płodów
piętnastodniowych (E15) w porównaniu do osiemnastodniowych i dziewiętnastodniowych płodów
oraz dorosłych myszy, czyli przed i po utracie zdolności do bezbliznowego gojenia ran, umożliwiła
identyfikację grupy genów, które zmieniają status metylacji i ekspresji po dniu E15. Pośród genów
wykazujących różnice w poziomie ekspresji i metylacji nadreprezentację wykazywały geny związane
z odpowiedzią immunologiczną oraz morfogenezą embrionalną, takie jak geny homeotyczne.
Powyższe badania wskazały również, że zmiany w profilach metylacji DNA, po embrionalnym dniu
15, mogą przyczyniać się do utraty podwyższonych zdolności regeneracyjnych skóry grzbietowej
płodów.
Podsumowując, wyniki moich prac badawczych poszerzają dotychczasową wiedzę
o molekularnych podstawach regeneracji ssaków. Efektem tych badań jest uzyskanie po raz pierwszy
w świecie globalnych profili metylacji genów w skórze grzbietowej myszy na różnych etapach
rozwoju oraz unikalna porównawcza analiza transkryptomiczna wykonana dla pięciu różnych tkanek
myszy MRL/MpJ i dwóch szczepów kontrolnych. W szczególności, rezultaty powyższych badań
dostarczają dowodów na rolę regulacji epigenetycznej w zdolnościach do bezbliznowego gojenia ran
skóry płodowej oraz wskazują szlak metabolizmu retinolu jako potencjalny cel do farmakologicznej
stymulacji regeneracji u dorosłych ssaków.
Epigenetic and transcriptomic basis of mammalian regeneration potential.
The studies on the models of foetal skin and the adult MRL/MpJ mouse.
Regeneration is the ability to self-repair damaged or lost tissues, limbs and organs. Efficient
regeneration processes are observed in primitive vertebrates where they could be manifested with such
spectacular phenomena as the restoration of whole limbs following amputation. The development of
methods for global gene expression and methylation profiling allows new insights into regeneration in
mammals.
This work was focused on the characteristics of the molecular mechanism of mammalian
regeneration potential based on two models displaying increased regenerative response, the MRL/MpJ
mouse and the skin of murine foetus at embryonic day 15 (E15) of the C57BL/6J strain. The
MRL/MpJ mouse and the foetal skin are considered as important models of regeneration.
The results obtained from global gene expression profiling in five different tissues of the
MRL/MpJ mouse and two control, non-regenerative murine strains - C57BL/6J and BALB/c, revealed
that there is number of genes which show different expression level between strains. Among the
transcripts which were down-regulated in the MRL/MpJ, there were overrepresented genes connected
with immune response. The up-regulated transcripts in the MRL/MpJ mouse, were greatly enriched
with genes associated with retinol metabolism or retinoid binding pathways in all examined tissues.
Moreover, among the transcripts up-regulated in the heart of the MRL/MpJ mouse, there were also
those involved in the PPAR signalling pathway.
The analysis of transcriptomes and DNA methylomes in the dorsal skin of 15-day-old
embryos compared to those of 18-19-day-old ones and those of adults, which is to say, before and
after the decline of scarless healing, revealed a number of genes displaying changes in their
methylation and expression profiles following embryonic day 15. Among the differentially methylated
and expressed genes, there were those responsible for immune response and embryonic
morphogenesis, including the Hox genes. The observations indicate that the epigenetic changes in
DNA methylation profiles, after embryonic day 15 may contribute to the loss of ability to heal dorsal
skin wounds without scarring.
In conclusion, my studies should add to the knowledge on the molecular basis of regenerative
potential in mammals. The results of my works include the first global gene methylation profiling in
mouse dorsal skin in the course of development as well as a unique comparative transcriptomic
analysis in five different tissues in the MRL/MpJ mouse and two reference strains. In particular, my
results show the role of epigenetic regulation in regenerative skin wound healing as well as they
indicate retinol metabolism pathway as a possible target for pharmacological stimulation
of regeneration in adult mammals.