レンズ誘導の遺伝子調節ネットワークは、PAX6のMEIS依存のシャドウエンハンサーを介して配線されています。

レンズ誘導は、細胞の仕様の調査、遺伝子発現の時空間制御、および転写因子が非常に複雑な遺伝子調節ネットワーク（GRN）に統合される方法を可能にする古典的な発達モデルです。PAX6は、哺乳類のレンズ誘導を管理する遺伝子調節ネットワークの重要なノードを表します。MEIS1およびMEIS2ホメオプロテインは、PAX6転写開始部位の上流に位置する外胚葉エンハンサー（EE）との相互作用に基づいて、レンズの形態形成中にPAX6の本質的な上流調節因子と見なされます。この一般的に受け入れられている調節経路にもかかわらず、MEIS1-、MEIS2、およびEE欠損マウスは、レンズ開発のプラコダル段階で驚くほど軽度の眼の表現型を持っています。ここでは、推定レンズ外胚葉におけるMEIS1とMEIS2の同時削除により、プラコーダル前の段階でレンズの発達が停止することを示し、レンズプレイスドもレンズも形成されません。MEIS1/MEIS2欠損胚Pax6の発現の推定レンズ外胚葉では、発現がないことがわかりました。Chromatin免疫沈降（CHIP）を使用して、EEに加えて、MEISホメオプロテインがPAX6のリモートの超容認されたSimo Enhancerに結合することを実証します。さらに、in vivo遺伝子レポーター分析を使用して、Simoエンハンサーのレンズ特異的活性は、人間からゼブラフィッシュまで系統発生的に保存された3つのMEIS結合部位の存在に依存していることを示しています。EEおよびSIMOエンハンサーの遺伝的アブレーションは、レンズ誘導のための要件を示し、レンズ開発の初期段階で明らかな冗長性を明らかにします。これらの発見は、哺乳類の眼の発達の初期段階でのMEIS1とMEIS2の遺伝的要件を特定しています。さらに、レンズ誘導中に、2つの独立した「シャドウエンハンサー」が剤に敏感な遺伝子Pax6の重要なレベルを維持する遺伝子調節メカニズムの明らかな堅牢性を明らかにします。

Lens induction is a classical developmental model allowing investigation of cell specification, spatiotemporal control of gene expression, as well as how transcription factors are integrated into highly complex gene regulatory networks (GRNs). Pax6 represents a key node in the gene regulatory network governing mammalian lens induction. Meis1 and Meis2 homeoproteins are considered as essential upstream regulators of Pax6 during lens morphogenesis based on their interaction with the ectoderm enhancer (EE) located upstream of Pax6 transcription start site. Despite this generally accepted regulatory pathway, Meis1-, Meis2- and EE-deficient mice have surprisingly mild eye phenotypes at placodal stage of lens development. Here, we show that simultaneous deletion of Meis1 and Meis2 in presumptive lens ectoderm results in arrested lens development in the pre-placodal stage, and neither lens placode nor lens is formed. We found that in the presumptive lens ectoderm of Meis1/Meis2 deficient embryos Pax6 expression is absent. We demonstrate using chromatin immunoprecipitation (ChIP) that in addition to EE, Meis homeoproteins bind to a remote, ultraconserved SIMO enhancer of Pax6. We further show, using in vivo gene reporter analyses, that the lens-specific activity of SIMO enhancer is dependent on the presence of three Meis binding sites, phylogenetically conserved from man to zebrafish. Genetic ablation of EE and SIMO enhancers demostrates their requirement for lens induction and uncovers an apparent redundancy at early stages of lens development. These findings identify a genetic requirement for Meis1 and Meis2 during the early steps of mammalian eye development. Moreover, they reveal an apparent robustness in the gene regulatory mechanism whereby two independent "shadow enhancers" maintain critical levels of a dosage-sensitive gene, Pax6, during lens induction.