In the mouse, the definitive endoderm is derived from the epiblast during gastrulation, and, at the early organogenesis stage, forms the primitive gut tube, which gives rise to the digestive tract, liver, pancreas and associated visceral organs. The transcription factors, Sox17 (a Sry-related HMG box factor) and its upstream factors, Mixer (homeobox factor) and Casanova (a novel Sox factor), have been shown to function as endoderm determinants in Xenopus and zebrafish, respectively. However, whether the mammalian orthologues of these genes are also involved with endoderm formation is not known. We show that Sox17–/– mutant embryos are deficient of gut endoderm. The earliest recognisable defect is the reduced occupancy by the definitive endoderm in the posterior and lateral region of the prospective mid- and hindgut of the headfold-stage embryo. The prospective foregut develops properly until the late neural plate stage. Thereafter, elevated levels of apoptosis lead to a reduction in the population of the definitive endoderm in the foregut. In addition, the mid- and hindgut tissues fail to expand. These are accompanied by the replacement of the definitive endoderm in the lateral region of the entire length of the embryonic gut by cells that resemble the visceral endoderm. In the chimeras, although Sox17-null ES cells can contribute unrestrictedly to ectodermal and mesodermal tissues, few of them could colonise the foregut endoderm and they are completely excluded from the mid- and hindgut endoderm. Our findings indicate an important role of Sox17 in endoderm development in the mouse, highlighting the idea that the molecular mechanism for endoderm formation is likely to be conserved among vertebrates.

Two lines of evidence suggest that the Sry-related gene Sox9 is important for chondrogenesis in mammalian embryos. Sox9 mRNA is expressed in chondrogenic condensations in mice, and mutations in human SOX9 are known to cause skeletal dysplasia. We show here that mouse SOX9 protein is able to bind to a SOX/SRY consensus motif in DNA and contains a modular transcriptional activation domain, consistent with a role for SOX9 as a transcription factor acting on genes involved in cartilage development. One such gene is Col2a1, which encodes type II collagen, the major structural component of cartilage. We have compared, in detail, the expression of Sox9 and Col2a1 during mouse development. In chondrogenic tissues the expression profiles of the two genes were remarkably similar. Coexpression was detected in some nonchondrogenic tissues such as the notochord, otic vesicle, and neural tube, but others such as heart and lung differed in their expression of the two genes. Immunohistochemistry using an antibody specific for SOX9 revealed that expression of SOX9 protein mirrored the distribution of Sox9 mRNA. Our results suggest that SOX9 protein is involved in the regulation of Col2a1 during chondrogenesis, but that this regulation is likely to depend on additional cofactors.

Primitive-streak-stage mouse embryos were treated with Mitomycin C injected intraperitoneally into pregnant females at 6.75--7.0 days post coitum. The newborn mice developed poorly and mortality was high during the suckling period. Many weaned survivors showed impaired fertility and poor breeding performance. Histological examination revealed a paucity of germ cells in the adult gonads. The deficiency was mainly caused by a severe reduction of the primordial germ cell population in early embryonic life, which was not fully compensated for during the compensatory growth phase of the Mitomycin C-treated embryo. Also contributing to such impaired fertility were retarded migration of the primordial germ cells into the genital ridges, poor development of the foetal gonad and secondary loss of the germ cells during gametogenesis in males.

Rett syndrome (RTT) is a severe neurodevelopmental disorder caused, in most classic cases, by mutations in the X-linked methyl-CpG-binding protein 2 gene (MECP2). A large degree of phenotypic variation has been observed in patients with RTT, both those with and without MECP2 mutations. We describe a family consisting of a proband with a phenotype that showed considerable overlap with that of RTT, her identical twin sister with autistic disorder and mild-to-moderate intellectual disability, and a brother with profound intellectual disability and seizures. No pathogenic MECP2 mutations were found in this family, and the Xq28 region that contains the MECP2 gene was not shared by the affected siblings. Three other candidate regions were identified by microsatellite mapping, including 10.3 Mb at Xp22.31-pter between Xpter and DXS1135, 19.7 Mb at Xp22.12-p22.11 between DXS1135 and DXS1214, and 16.4 Mb at Xq21.33 between DXS1196 and DXS1191. The ARX and CDKL5 genes, both of which are located within the Xp22 region, were sequenced in the affected family members, and a deletion of nucleotide 183 of the coding sequence (c.183delT) was identified in CDKL5 in the affected family members. In a screen of 44 RTT cases, a single splice-site mutation, IVS13-1G→A, was identified in a girl with a severe phenotype overlapping RTT. In the mouse brain, Cdkl5 expression overlaps—but is not identical to—that of Mecp2, and its expression is unaffected by the loss of Mecp2. These findings confirm CDKL5 as another locus associated with epilepsy and X-linked mental retardation. These results also suggest that mutations in CDKL5 can lead to a clinical phenotype that overlaps RTT. However, it remains to be determined whether CDKL5 mutations are more prevalent in specific clinical subgroups of RTT or in other clinical presentations. Rett syndrome (RTT) is a severe neurodevelopmental disorder caused, in most classic cases, by mutations in the X-linked methyl-CpG-binding protein 2 gene (MECP2). A large degree of phenotypic variation has been observed in patients with RTT, both those with and without MECP2 mutations. We describe a family consisting of a proband with a phenotype that showed considerable overlap with that of RTT, her identical twin sister with autistic disorder and mild-to-moderate intellectual disability, and a brother with profound intellectual disability and seizures. No pathogenic MECP2 mutations were found in this family, and the Xq28 region that contains the MECP2 gene was not shared by the affected siblings. Three other candidate regions were identified by microsatellite mapping, including 10.3 Mb at Xp22.31-pter between Xpter and DXS1135, 19.7 Mb at Xp22.12-p22.11 between DXS1135 and DXS1214, and 16.4 Mb at Xq21.33 between DXS1196 and DXS1191. The ARX and CDKL5 genes, both of which are located within the Xp22 region, were sequenced in the affected family members, and a deletion of nucleotide 183 of the coding sequence (c.183delT) was identified in CDKL5 in the affected family members. In a screen of 44 RTT cases, a single splice-site mutation, IVS13-1G→A, was identified in a girl with a severe phenotype overlapping RTT. In the mouse brain, Cdkl5 expression overlaps—but is not identical to—that of Mecp2, and its expression is unaffected by the loss of Mecp2. These findings confirm CDKL5 as another locus associated with epilepsy and X-linked mental retardation. These results also suggest that mutations in CDKL5 can lead to a clinical phenotype that overlaps RTT. However, it remains to be determined whether CDKL5 mutations are more prevalent in specific clinical subgroups of RTT or in other clinical presentations.

The prospective fate of cells in the primitive streak was examined at early, mid and late stages of mouse gastrula development to determine the order of allocation of primitive streak cells to the mesoderm of the extraembryonic membranes and to the fetal tissues. At the early-streak stage, primitive streak cells contribute predominantly to tissues of the extraembryonic mesoderm as previously found. However, a surprising observation is that the erythropoietic precursors of the yolk sac emerge earlier than the bulk of the vitelline endothelium, which is formed continuously throughout gastrula development. This may suggest that the erythropoietic and the endothelial cell lineages may arise independently of one another. Furthermore, the extraembryonic mesoderm that is localized to the anterior and chorionic side of the yolk sac is recruited ahead of that destined for the posterior and amnionic side. For the mesodermal derivatives in the embryo, those destined for the rostral structures such as heart and forebrain mesoderm ingress through the primitive streak early during a narrow window of development. They are then followed by those for the rest of the cranial mesoderm and lastly the paraxial and lateral mesoderm of the trunk. Results of this study, which represent snapshots of the types of precursor cells in the primitive streak, have provided a better delineation of the timing of allocation of the various mesodermal lineages to specific compartments in the extraembryonic membranes and different locations in the embryonic anteroposterior axis.

The developmental potency of cells in the proximal and distal regions of the epiblast of pre- and early-primitive-streak-stage mouse embryos was assessed by their differentiation in the host embryo following orthotopic and heterotopic cell transplantation. Normally, cells in the distal epiblast differentiate predominantly into neuroectoderm and surface ectoderm. However, when they were transplanted to proximal regions of the epiblast, distal epiblast cells behaved like proximal epiblast cells: they colonised the extraembryonic mesoderm and other mesodermal tissues in the posterior region of the host embryo. In addition, about 3.7% of the transplanted distal epiblast cells differentiated into primordial germ cells. This proportion is comparable to the 3.9% of orthotopically transplanted proximal epiblast cells that became primordial germ cells. When proximal epiblast cells were transplanted heterotopically to distal sites, their descendants were generally absent from the extraembryonic mesoderm and the germ cell population of the host embryo. Like cells in the distal epiblast, they mostly colonised the neural plate and surface ectoderm. This plasticity of cell fate suggests that the epiblast cells are not irreversibly allocated to any specific lineages, including the germ line. The adoption of developmental fate that is typical of the cell population at the site of transplantation suggests that the specification of cell lineages is subject to certain site-specific influences in the epiblast. Allocation of cells to the ectodermal and germ cell lineages may be subject to local tissue interactions and the restriction of morphogenetic tissue movement of different epiblast cell populations during gastrulation.

ABSTRACT Orthotopic grafts of [3H]thymidine-labelled cells have been used to demonstrate differences in the normal fate of tissue located adjacent to and in different regions of the primitive streak of 8th day mouse embryos developing in vitro. The posterior streak produces predominantly extraembryonic mesoderm, while the middle portion gives rise to lateral mesoderm and the anterior region generates mostly paraxial mesoderm, gut and notochord. Embryonic ectoderm adjacent to the anterior part of the streak contributes mainly to paraxial mesoderm and neurectoderm. This pattern of colonization is similar to the fate map constructed in primitive-streak-stage chick embryos. Similar grafts between early-somite-stage (9th day) embryos have established that the older primitive streak continues to generate embryonic mesoderm and endoderm, but ceases to make a substantial contribution to extraembryonic mesoderm. Orthotopic grafts and specific labelling of ectodermal cells with wheat germ agglutinin conjugated to colloidal gold (WGA-Au) have been used to analyse the recruitment of cells into the paraxial mesoderm of 8th and 9th day embryos. The continuous addition of primitive-streak-derived cells to the paraxial mesoderm is confirmed and the distribution of labelled cells along the craniocaudal sequence of somites is consistent with some cell mixing occurring within the presomitic mesoderm.