@phdthesis{Bluemel2021,
  author    = {Bl{\"u}mel, Rabea},
  title     = {Der Zebrab{\"a}rbling (Danio rerio) als in vivo Modell zur Untersuchung der Entstehung von Kraniosynostosen},
  doi       = {10.25972/OPUS-20743},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-207436},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Die Entwicklung des Sch{\"a}deldachs beginnt beim Menschen bereits in der fr{\"u}hen Embryogenese und ist erst im Erwachsenenalter abgeschlossen. Das Wachstum der Sch{\"a}delknochen muss sich w{\"a}hrend der Entwicklung fortw{\"a}hrend dem Gehirnwachstum anpassen. An den Stellen, wo zwei Sch{\"a}delknochen aufeinandertreffen, formen sich Sch{\"a}deln{\"a}hte, die aus mesenchymalem Bindegewebe bestehen und als Wachstumsfugen des Sch{\"a}dels dienen. Tritt eine fr{\"u}hzeitige Verkn{\"o}cherung innerhalb einer oder mehrerer Sch{\"a}deln{\"a}hte auf, spricht man von einer Kraniosynostose. Als Konsequenz wird ein weiteres Knochenwachstum verhindert, sodass sich das Neurokranium in dieser Region nicht dem expansiven Wachstum des Gehirns anpassen kann. Dies geht in der Regel mit einem kompensatorischen Wachstum des Sch{\"a}dels und infolgedessen mit kraniofazialen Dysmorphien und einem erh{\"o}hten intrakraniellen Druck einher. Klinische Studien und Forschungen an Modellorganismen konnten bereits eine Vielzahl an Genen mit der Entstehung von Kraniosynostosen assoziieren, darunter die Transkriptionsfaktoren TCF12 und TWIST1. Beim Menschen sind heterozygote Mutationen in TCF12 und TWIST1 mit Kraniosynostosen der Koronarnaht assoziiert. Bei M{\"a}usen hingegen f{\"u}hrt eine heterozygote Tcf12 Mutation nur in Kombination mit einer heterozygoten Twist1 Mutation zu Fusionen der Koronarnaht. Der Zebrab{\"a}rbling (Danio rerio, {\"u}berwiegend auch Zebrafisch genannt) weist eine bemerkenswerte {\"A}hnlichkeit bez{\"u}glich der Anatomie und Morphologie des Sch{\"a}deldachs zum Menschen auf. Um die genaue Funktion von TCF12 bei der Ausbildung der Sch{\"a}deln{\"a}hte zu untersuchen, wurde im Rahmen dieser Arbeit der Zebrafisch als in vivo Modell f{\"u}r die Entstehung tcf12-induzierter Kraniosynostosen etabliert. Zu Beginn der Arbeit wurde das Expressionsmuster von tcf12 {\"u}ber die Entwicklung hinweg analysiert. Ein besonderer Fokus lag dabei auf einem Expressionsnachweis w{\"a}hrend der Entwicklung der Sch{\"a}delplatten und der Sch{\"a}deln{\"a}hte. Ein erster Expressionsnachweis von tcf12 mittels PCR-Analysen und Whole-mount RNA in-situ Hybridisierungen zeigte eine breite Expression von tcf12 ab dem 1-3 Somiten Stadium an. F{\"u}r tiefergehende in vivo Analysen wurden im Zuge dieser Arbeit tcf12:EGFP Reportergenlinien generiert. Mit diesen gelang ein Nachweis der tcf12 Expression entlang der Wachstumsfronten der Sch{\"a}delplatten, innerhalb der Sch{\"a}deln{\"a}hte sowie im Periost und der Dura mater. Mit den tcf12:EGFP Fischen als Referenz wurde in weiterf{\"u}hrenden Experimenten die Aktivit{\"a}t drei hochkonservierter CNEs (engl. conserved non-coding elements) in vivo im Zebrafisch untersucht. Zwei der CNEs konnten als tcf12 Enhancer verifiziert werden, die eine Genexpression w{\"a}hrend der Neurogenese des zentralen Nervensystems (ZNS) steuern. Die beiden Enhancer-Elemente zeichnen sich durch eine hohe Konservierung vom Menschen bis hin zum Zebrafisch aus. Aufgrund der unterschiedlichen Sensitivit{\"a}t gegen{\"u}ber einem Funktionsverlust von TCF12 und TWIST1 in Mensch und Maus sollte die Auswirkung eines Knockouts der orthologen Gene auf die Entwicklung der Sch{\"a}deln{\"a}hte des Zebrafisches untersucht werden. Mittels CRISPR/Cas9 wurden verschiedene Knockout-Linien f{\"u}r die Gene tcf12, twist1a und twist1b generiert. Analysen der Knockoutmutanten zeigten, dass ein heterozygoter Verlust von tcf12 und twist1b in seltenen F{\"a}llen zu partiellen Fusionen der Koronarn{\"a}hte im Zebrafisch f{\"u}hrt. Des Weiteren konnte bei tcf12 und twist1b Einzel- und Doppelmutanten ein abnormes Wachstum der Sch{\"a}delplatten im Bereich der Suturen beobachtet werden. Die Expressionsstudien und die Analysen der Knockoutmutanten deuten auf eine Regulation von TCF12 bei der Differenzierung der Stammzellen sowie der Proliferation der Osteoblasten innerhalb der Sch{\"a}deln{\"a}hte hin. Um die Auswirkung von TCF12 Mutationen auf funktioneller Ebene zu untersuchen wurden im Verlauf dieser Arbeit Luciferase-Reporter Assays durchgef{\"u}hrt. Anhand dieser konnte nachgewiesen werden, dass Mutationen, die die basic helix-loop-helix (bHLH)-Dom{\"a}ne beeintr{\"a}chtigen, die Transaktivierungsf{\"a}higkeit von TCF12 aufheben. Co-Transfektions-Experimente mit TWIST1 offenbarten eine Regulation der Transaktivierung von TCF12 durch TWIST1, sowohl im Menschen, als auch im Zebrafisch. Im Rahmen dieser Arbeit konnten die genauen Expressionsorte von TCF12 w{\"a}hrend der Morphogenese des Sch{\"a}deldachs nachgwiesen und die Funktion von TCF12 und seinem Interaktionspartner TWIST1 bei der Entstehung von Kraniosynostosen weiter aufgekl{\"a}rt werden.},
  subject      = {Kraniosynostose},
  language  = {de}
}
@article{BluemelZinkKlopockietal.2019,
  author    = {Bl{\"u}mel, Rabea and Zink, Miriam and Klopocki, Eva and Liedtke, Daniel},
  title     = {On the traces of tcf12: Investigation of the gene expression pattern during development and cranial suture patterning in zebrafish (Danio rerio)},
  series = {PLoS ONE},
  volume    = {14},
  journal   = {PLoS ONE},
  number    = {6},
  doi       = {10.1371/journal.pone.0218286},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-201428},
  pages     = {e0218286},
  year      = {2019},
  abstract  = {The transcription factor 12 (tcf12) is a basic Helix-Loop-Helix protein (bHLH) of the E-protein family, proven to play an important role in developmental processes like neurogenesis, mesoderm formation, and cranial vault development. In humans, mutations in TCF12 lead to craniosynostosis, a congenital birth disorder characterized by the premature fusion of one or several of the cranial sutures. Current research has been primarily focused on functional studies of TCF12, hence the cellular expression profile of this gene during embryonic development and early stages of ossification remains poorly understood. Here we present the establishment and detailed analysis of two transgenic tcf12:EGFP fluorescent zebrafish (Danio rerio) reporter lines. Using these transgenic lines, we analyzed the general spatiotemporal expression pattern of tcf12 during different developmental stages and put emphasis on skeletal development and cranial suture patterning. We identified robust tcf12 promoter-driven EGFP expression in the central nervous system (CNS), the heart, the pronephros, and the somites of zebrafish embryos. Additionally, expression was observed inside the muscles and bones of the viscerocranium in juvenile and adult fish. During cranial vault development, the transgenic fish show a high amount of tcf12 expressing cells at the growth fronts of the ossifying frontal and parietal bones and inside the emerging cranial sutures. Subsequently, we tested the transcriptional activity of three evolutionary conserved non-coding elements (CNEs) located in the tcf12 locus by transient transgenic assays and compared their in vivo activity to the expression pattern determined in the transgenic tcf12:EGFP lines. We could validate two of them as tcf12 enhancer elements driving specific gene expression in the CNS during embryogenesis. Our newly established transgenic lines enhance the understanding of tcf12 gene regulation and open up the possibilities for further functional investigation of these novel tcf12 enhancer elements in zebrafish.},
  language  = {en}
}