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Reproduktionsmedizin

, Volume 17, Issue 3, pp 163–169 | Cite as

Die Bedeutung von Homöobox-Genen in der Reproduktion

  • I. Classen-Linke
  • H. M. Beier
Reproduktionsbiologie
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Zusammenfassung

Die embryonale Morphogenese wird über Entwicklungskontrollgene, zu denen die sog. Hox-Gene gehören, gesteuert. Alle Hox-Gene weisen eine hochkonservierte DNA-Sequenz auf, die als Homöobox bezeichnet wird. Der Begriff Homöosis bezeichnet die Transformation der Struktur eines Körpersegments in die homologe Struktur eines anderen Körpersegments: Eine homöotische Transformation kann durch Mutation oder ektope Expression auftreten und ist erstmals bei der Taufliege Drosophila melanogaster beschrieben worden. Da Hox-Gene in der Evolution stark konserviert sind, gibt es zwischen der Drosophila-Embryogenese und der Wirbeltier-Embryogenese bemerkenswert enge Parallelen. Drosophila stellt somit ein universelles aber einfacheres Modell für die molekulare Genetik der embryonalen Musterbildung dar. Entsprechend sind die Hox-Gene auch bei den Wirbeltieren (z. B. Maus, Mensch) entscheidend für die Ausbildung der anterior-posterior ausgerichteten Körperachse.

Nicht nur die Körperachse wird durch Hox-Gene in ihrer Entwicklung kontrolliert, sondern auch der Reproduktionstrakt, im weiblichen Geschlecht die Entwicklung der Müller-Gänge. Hierbei spielen vor allem die dem Abdominal-B-Gen (Abd-B) von Drosophila homologen Hox a-9, Hox a-10, Hox a-11 und Hox a-13 Gene eine bedeutende Rolle. Diese Gene werden entsprechend ihrer Anordnung auf dem Chromosom 7 in gleicher Weise von anterior nach posterior in Oviduct, Uterus, Zervix und Vagina exprimiert (Prinzip der Kolinearität). Taylor et al. (1997) konnten nachweisen, dass auch in der adulten Maus sowie beim Menschen diese Expression der Hox-Gene erhalten bleibt und ihre regelrechte Expression eine wichtige Rolle für die Funktion der adulten Organe, so z. B. auch für die Implantation der Blastozyste, spielt. Folglich sind die Hox a-10- und Hox a-11-knock-out-Mäuse aufgrund einer gestörten Dezidualisierung infertil (Hox a-11) oder vermindert fertil (Hox a-10).

Die Expression der Hox-Gene kann durch Steroidhormone beeinflusst werden. Dieser Einfluss wirkt sich auf die Entwicklung des Reproduktionstraktes aus, wenn DES in der frühen Schwangerschaft appliziert wird. Diese Befunde liefern eine Erklärung für die teratogenen Effekte von DES. Eine direkte Regulierung der Hox-Gen-Expression im Zyklus über Steroidhormone zeigt die Relevanz dieser Entwicklungskontrollgene für Wachstum und Differenzierung des Endometriums im Laufe des menstruellen Zyklus und als Vorbereitung für die Implantation.

Schlüsselwörter Entwicklungskontrollgene •Hox-Gene • Reproduktionstrakt • Endometrium • Implantation • Steroidhormone 

The role of Homeobox genes in reproduction

Abstract

Embryonic morphogenesis is controlled by regulator genes, i. e., Hox-genes. Common to all Hox genes is a highly conserved DNA sequence termed homeobox. “Homeosis” refers to the transformation of one structure of the body into the homologous structure of another body segment: Homeotic transformation that results from mutation of a homeotic gene was first described for Drosophila melanogaster. Since Hox genes are highly conserved by evolution, there are remarkable parallels in the embryogenesis of Drosophila and vertebrates. Drosophila thus represents a universal but simpler model for the molecular genetics of the embryonic pattern of development. Accordingly, in vertebrates (mouse, human) as in Drosophila , the anteroposterior axis of the body is determined by the expression of Hox-genes. In addition, the reproductive tract also differentiates along the anteroposterior axis, in the female along the Mullerian ducts. Most important for the differentiation of the reproductive tract are the Abdominal-B (Abd-B) homologs: Hox a-9, Hox a-10, Hox a-11, and Hox a-13. These genes are expressed spatially in a colinear manner with respect to their position on chromosome 7 along the anteroposterior axis in oviduct, uterus, cervix and vagina. Hox genes are not only expressed during embryonic development; Taylor et al. (1997) have shown the persistence of their expression. This might be important to retain developmental plasticity in the reproductive tract in respect to the menstrual cycle, implantation and pregnancy. Consequently, Hox a-10- and Hox a-11-deficient mice are infertile because of implantation failure caused by disturbed decidualization. The expression of Hox genes is directly regulated by estrogen and progesterone in the adult uterus. The embryonic expression of Hox genes is also susceptible to regulation by steroid hormones. These data now might provide an explanation for the teratogenic effects of DES on the developing reproductive tract that was demonstrated several years ago. The direct link between steroid hormones and Hox gene expression emphasizes the relevance of these regulator genes for growth and differentiation of the endometrium during the menstrual cycle and in preparation for implantation.

Keywords Regulator genes •Hox genes • Reproductive tract • Endometrium • Implantation • Steroid hormones 

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Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2001

Authors and Affiliations

  • I. Classen-Linke
    • 1
  • H. M. Beier
    • 1
  1. 1.Institut für Anatomie und Reproduktionsbiologie, Universitätsklinikum der RWTH Aachen

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