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Vitamin A: Funktion im Organismus

Der Einfluss von Retinoiden in der Embryonalentwicklung

Sowohl Vitamin-A-Mangel, als auch ein -Überschuss führen bei allen Wirbeltieren zu einer Deformation des Embryos. Fast alle Organe sind davon betroffen, u.a. das ZNS, die Augen, das Gesicht, die Gliedmaßen, das Urogenitalsystem, die Haut, die Lungen, das Herz und das blutbildende (hämatopoietische) System. Auch die Entwicklung der Körperachsen wird beeinflusst. An Hühnerembryos wurde festgestellt, dass die lokale Konzentration von Retinoiden (vor allem Retinol, Retinal, Retinsäure, 3,4-Dehydroretinol, 3,4-Dehydroretinal und 3,4-Dehydroretinsäure) beispielsweise die Formung von Gliedmaßen induziert. Bei Amphibien scheint Retinsäure sogar die korrekte Regeneration von Gliedmaßen zu vermitteln.

Viele dieser Effekte scheinen über die Retinoid-regulierte Expression von Homeobox-Genen und anderen, für die Entwicklung wichtigen Gene, ausgeübt zu werden. Einige der Retinsäure-Rezeptoren (RAR) sind in den Knospen der Gliedmaßen vorhanden, wobei es hier speziesspezifische Unterschiede gibt. Die Interaktion zwischen Epithel und Mesenchym bei der Entstehung des Urogenitalsystems scheint durch die Vitamin-A-induzierte Kontrolle der Rezeptor-Tyrosin-Kinase RET in der Urblase gesteuert zu werden1).

Einzelne Befunde, die für die Rolle der Retinoide bei der Embryonalentwicklung sprechen

  • Retinsäure (RA) wirkt als transkriptionaler Aktivator über die Achse RA-RXR2)/RAR3)-RARE4) und führt zur Expression von Transkriptionsfaktoren z.B. Hox-Gene, Msx-1, GATA-4
  • RA-induzierte Genexpression: RA wird vom Mesoderm auf der Ebene des 1. Somiten abgegeben, diffundiert im Gewebe und wird abgebaut (nach rostral abnehmender Gradient)
  • RA bewirkt Posteriorisierung
  • Nachweis von Retinsäure im ZNS des Axolotl (Ambystoma mexicanum, ein mexikanischer Schwanzlurch)
  • Zellen im präsumptiven Nachhirn von Mäusen exprimieren RARγ
  • Expression von Retinoidbindungsproteinen und RARs in der Neuralrinne und im Rückenmark.
  • Experimentelle Evidenz für die Bestimmung der segmentalen Identität durch Hox-Gene:
    • Knock-out-Experimente
    • Transformation von Wirbelsäulensegmenten
    • Retinsäure-induzierte Transdifferenzierung von Körpersegmenten
    • normal: Hoxb-1 im 4. Rhombomer (Rh4), später auch medial in Rh5 RA-Exposition des E8.5 Mausembryos; Hoxb-1 auch in Rh1 und Rh2; Duplikation des Rh4/5-Musters, zwei Facialisnerven (statt Trigeminus)
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