Reporter plasmids utilizing the cat gene for the analysis of promoter and enhancer sequences in vertebrate cells, were constructed. These plasmids minimize the background of transcription derived from cryptic promoters or cryptic regulatory elements within the vector.

Interstitial cells of Cajal (ICCs) form a network of cells between the external longitudinal and circular muscle layers at the level of the Auerbach's plexus in the mammalian small intestine. These cells express the Kit receptor tyrosine kinase and are essential for intestinal pacemaker activity. W mutant mice carrying structural mutations in the Kit gene lack both the network of ICCs and intestinal pacemaker activity. We were interested in the developmental origin of the cells that make up the network of ICCs. In addition, the specific stages of ICC development that require a functional Kit receptor have not been characterized. We show that ICCs originate from mesenchymal progenitor cells that coexpress both Kit and smooth muscle myosin heavy chain, a marker specific for smooth muscle, during embryogenesis. ICC and longitudinal smooth muscle lineages begin to diverge late in gestation. Embryos homozygous for the regulatory Wbanded (Wbd) mutation do not express Kit in these mesenchymal progenitor cells. Nevertheless, Wbd/Wbd mice display a normal network of ICCs and normal smooth muscle layers at postnatal day 5 (p5). Adult Wbd/Wbd mice lack a functional ICC network and intestinal pacemaker activity due to a failure of the ICCs to increase in numbers after p5. These data suggest a common developmental origin of the ICCs and the longitudinal smooth muscle layers in the mammalian small intestine and show that Kit expression is necessary for the postnatal development and proliferation of ICCs but not for the initial cell lineage decision toward an ICC fate during embryogenesis or for smooth muscle development. Dev. Dyn. 1998;211:60-71. © 1997 Wiley-Liss, Inc.

Glycosaminoglycans (GAGs) such as heparan sulfate and chondroitin sulfate are polysaccharide chains that are attached to core proteins to form proteoglycans. The biosynthesis of GAGs is a multistep process that includes the attachment of sulfate groups to specific positions of the polysaccharide chains by sulfotransferases. Heparan-sulfate and heparan sulfate-sulfotransferases play important roles in growth factor signaling and animal development. However, the biological importance of chondroitin sulfation during mammalian development and growth factor signaling is poorly understood. We show that a gene trap mutation in the BMP-induced chondroitin-4-sulfotransferase 1 (C4st1) gene (also called carbohydrate sulfotransferase 11 – Chst11), which encodes an enzyme specific for the transfer of sulfate groups to the 4-O-position in chondroitin, causes severe chondrodysplasia characterized by a disorganized cartilage growth plate as well as specific alterations in the orientation of chondrocyte columns. This phenotype is associated with a chondroitin sulfation imbalance, mislocalization of chondroitin sulfate in the growth plate and an imbalance of apoptotic signals. Analysis of several growth factor signaling pathways that are important in cartilage growth plate development showed that the C4st1gt/gt mutation led to strong upregulation of TGFβ signaling with concomitant downregulation of BMP signaling, while Indian hedgehog (Ihh) signaling was unaffected. These results show that chondroitin 4-O-sulfation by C4st1 is required for proper chondroitin sulfate localization, modulation of distinct signaling pathways and cartilage growth plate morphogenesis. Our study demonstrates an important biological role of differential chondroitin sulfation in mammalian development.

AbstractThe proto-oncogene Fli-1 is a member of the ets family of transcription factor genes. Its high expression in the thymus and spleen and the presence of DNA binding sites for Fli-1 in a number of lymphoid cell-specific genes suggest that Fli-1 is involved in the regulation of lymphopoiesis. Activation of the Fli-1 gene by either chromosomal translocation or viral insertion leads to Ewing's sarcoma in humans and erythroleukemia in mice, respectively. Thus, Fli-1 is normally involved in pathways involved in the regulation of cell growth and differentiation. We have generated H-2Kk–Fli-1 transgenic mice that overexpress Fli-1 in various mouse tissues, with the highest levels of Fli-1 protein in the thymus and spleen. These Fli-1 transgenic mice developed a high incidence of a progressive immunological renal disease and ultimately died of renal failure caused by tubu-lointerstitial nephritis and immune-complex glomerulonephritis. The incidences of renal disease correlated with the levels of Fli-1 protein in lymphoid tissues of transgenic lines. The hypergammaglobulinemia, spleno-megaly, B-cell hyperplasia, accumulation of abnormal CD31 B2201 T lymphoid cells and CD51 B2201 B cells in peripheral lymphoid tissues, and detection of various autoantibodies in the sera of diseased Fli-1 transgenic mice suggested the involvement of an immune dysfunction in the pathogenesis of the renal disease. In addition, splenic B cells from transgenic mice exhibited increased proliferation and prolonged survival in vitro in response to mitogens. Taken together, these data suggest that overexpression or ectopic expression of Fli-1 perturbs normal lymphoid cell function and programmed cell death. Thus, H-2Kk–Fli-1 transgenic mice may serve as a murine model for autoimmune disease in humans, such as systemic lupus erythematosus.

Signaling through both the transforming growth factor β (TGFβ) superfamily of growth factors and Notch play crucial roles during embryonic pattern formation and cell fate determination. Although both pathways are able to exert similar biological responses in certain cell types, a functional interaction between these two signaling pathways has not been described. Now, three papers provide evidence of both synergy and antagonism between TGFβ and Notch signaling.1-3 These reports describe a requirement for Notch signal transducers in TGFβ- and BMP-induced expression of Notch target genes, as well as in BMP-controlled cell differentiation and migration. These papers uncover a direct link between the Notch and TGFβ pathways and suggest a critical role for Notch in some of the biological responses to TGFβ family signaling. BioEssays 27:115–118, 2005. © 2005 Wiley Periodicals, Inc.

The mouse c locus encodes tyrosinase (monophenol monooxygenase; monophenol, L-dopa:oxygen oxidoreductase, EC 1.14.18.1), the key enzyme in melanin synthesis, which is expressed in the pigment epithelium of the retina and in melanocytes derived from the neural crest. To define regulatory regions of the gene that are important for cell type-specific expression, a deletion series of the tyrosinase 5' region was fused to a chloramphenicol acetyltransferase (CAT) reporter gene and electroporated into tyrosinase-expressing and -nonexpressing cell lines. We show that 270 base pairs 5' of the transcriptional start site is sufficient for CAT expression in a human and a mouse melanoma cell line. This 5' flanking fragment, when cloned in the context of a tyrosinase minigene construct and injected into fertilized eggs of an albino mouse strain, is sufficient for cell type-specific expression in mice. The transgenic mice were pigmented in both skin and eyes. In situ hybridization analysis shows that the 270-base-pair regulatory region contains elements sufficient for specific expression of the transgene both in the pigmented epithelial cells of the retina, which are derived from the optic cup, and in neural crest-derived melanocytes.

Bone morphogenetic proteins (Bmps) are members of the transforming growth factor β (TGFβ) superfamily that play critical roles during mouse embryogenesis. Signaling by Bmp receptors is mediated mainly by Smad proteins. In this study, we show that a targeted null mutation of Ecsit , encoding a signaling intermediate of the Toll pathway, leads to reduced cell proliferation, altered epiblast patterning, impairment of mesoderm formation, and embryonic lethality at embryonic day 7.5 (E7.5), phenotypes that mimic the Bmp receptor type1a ( Bmpr1a ) null mutant. In addition, specific Bmp target gene expression is abolished in the absence of Ecsit . Biochemical analysis demonstrates that Ecsit associates constitutively with Smad4 and associates with Smad1 in a Bmp-inducible manner. Together with Smad1 and Smad4, Ecsit binds to the promoter of specific Bmp target genes. Finally, knock-down of Ecsit with Ecsit -specific short hairpin RNA inhibits both Bmp and Toll signaling. Therefore, these results show that Ecsit functions as an essential component in two important signal transduction pathways and establishes a novel role for Ecsit as a cofactor for Smad proteins in the Bmp signaling pathway.

Expression of the glycosaminoglycan chondroitin sulfate-E (CS-E) is misregulated in many human cancers, including breast cancer. Cell-surface associated CS-E has been shown to have pro-tumorigenic functions, and pharmacological treatment with exogenous CS-E has been proposed to interfere with tumor progression mediated by endogenous CS-E. However, the effects of exogenous CS-E on breast cancer cell behavior, and the molecular mechanisms deployed by CS-E are not well understood. We show here that treatment with CS-E, but not other chondroitin forms, could interfere with the invasive protrusion formation and migration of breast cancer cells in three-dimensional organotypic cultures. Microarray analysis identified transcriptional programs controlled by CS-E in these cells. Importantly, negative regulation of the pro-metastatic extracellular matrix gene Col1a1 was required for the anti-migratory effects of exogenous CS-E. Knock-down of Col1a1 gene expression mimics the effects of CS-E treatment, while exposing cells to a preformed collagen I matrix interfered with the anti-migratory effects of CS-E. In addition, CS-E specifically interfered with Wnt/beta-catenin signaling, a known pro-tumorigenic pathway. Lastly, we demonstrate that Col1a1 is a positively regulated target gene of the Wnt/beta-catenin pathway in breast cancer cells. Together, our data identify treatment with exogenous CS-E as negative regulatory mechanism of breast cancer cell motility through interference with a pro-tumorigenic Wnt/beta-catenin - Collagen I axis.

Loss-of-function mutations in the murine dominant white spotting/c-kit locus affect a diverse array of biological processes and cell lineages and cause a range of phenotypes, including severe anemia, defective pigmentation, sterility, mast cell deficits, a lack of interstitial cells of Cajal, spatial learning memory deficits, and defects in peripheral nerve regeneration. Here we show that tyrosine residues 567 and 569 in the juxtamembrane (Jx) domain of the murine Kit receptor tyrosine kinase are crucial for the function of Kit in melanogenesis and mast cell development, but are dispensable for the normal development of erythroid, interstitial cells of Cajal and germ cells. Furthermore, adult mice lacking both tyrosines exhibit splenomegaly, dysregulation of B-cell and megakaryocyte development, and enlarged stomachs. Analysis of signal transduction events induced by the mutant receptors after ligand stimulation indicates that Jx tyrosine mutations diminish receptor autophosphorylation and selectively attenuate activation of extracellular signal-regulated kinase/mitogen-activated protein kinases. Together, these observations demonstrate that the Jx domain of Kit plays a cell-type specific regulatory role in vivo and illustrate how engineered mutations in Kit can be used to understand the complex biological and molecular events that result from activating a receptor tyrosine kinase.