Authors:	Birkholz, Oliver
Title:	Segmentale Musterbildung in der terminalen Abdominalregion des zentralen Nervensystems von Drosophila melanogaster
Online publication date:	22-Oct-2013
Year of first publication:	2013
Language:	german
Abstract:	In dieser Arbeit wurden Mechanismen der Musterbildung in der terminalen Abdominalregion des Zentralnervensystems von Drosophila melanogaster untersucht. Dazu wurden zunächst die Anzahl der angelegten Neuromere und das Muster der dort lokalisierten neuralen Stammzellen (Neuroblasten) analysiert. Dabei zeigte sich, dass sowohl die Größe der Neuromere, als auch die Anzahl an Neuroblasten von anterior nach posterior sukzessiv abnimmt, wobei keine geschlechtsspezifischen Unterschiede in der Anzahl der vorhandenen Neuroblasten festgestellt werden konnten. Durch die Kombination einer Vielzahl von molekularen Markern war es anschließend möglich, die Identität aller Neuroblasten in diesem Bereich aufzuklären und in einer Karte zusammenzutragen. Sie weisen alle eine serielle Homologie zu Neuroblasten in weiter anterior gelegenen Segmenten auf. Des Weiteren wurde die embryonale Identität der geschlechtsspezifischen Neuroblasten untersucht und deren postembryonalen mänchenspezifischen Zellstammbäume charakterisiert. Diese detaillierten Beschreibungen bildeten die Grundlage für die funktionelle Analyse von geschlechts- und segmentspezifischen Faktoren, die zur Musterbildung in dieser Region des Zentralnervensystems beitragen. So konnte gezeigt werden, dass die weibliche Isoform von doublesex den programmierten Zelltod der geschlechtsspezifischen Neuroblasten induziert, während die männliche Isoform diesen verhindert. Das Hox-Gen Abdominal-B zeigt relativ milde Effekte auf das Überleben dieser Neuroblasten, was darauf hindeutet, dass weitere Faktoren benötigt werden, um diesen Prozess in segmentspezifischer Weise zu kontrollieren. Die Funktion von Hox-Genen wurde ferner im Hinblick auf die abgeleitete Morphologie der terminalen Neuromere untersucht. Es konnte herausgefunden werden, dass die regulatorische Isoform von Abdominal-B auf mehreren Ebenen wirkt: Sie beeinflusst die Zusammensetzung bestimmter Zellstammbäume durch Modifikation von Zelldeterminationsprozessen und durch die Kontrolle des programmierten Zelltods. Außerdem unterdrückt sie die Bildung einer spezifischen Subpopulation von Neuroblasten. Allerdings benötigt Abdominal-B.r die Co-Expression des ParaHox-Gens caudal, um sein gesamtes Potenzial bezüglich der Suppression dieser Neuroblasten zu entfalten. Die vorliegende Arbeit hat somit erste Einblicke in die geschlechtsspezifische und segmentspezifische Spezifizierung der terminalen Abdominalregion des Zentralnervensystems von Drosophila auf Ebene des Neuroektoderms, der daraus hervorgehenden Neuroblasten und deren Tochterzellen gewährt. Die vollständige und detailgetreue Beschreibung des Neuroblasten-Musters und der postembryonalen männchenspezifischen Zellstammbäume hat zudem attraktive Modellsysteme für zukünftige Untersuchungen etabliert, an denen sich weitere Mechanismen der Musterbildung im Zentralnervensystem analysieren lassen. This work focused on the patterning mechanisms in the terminal abdominal region of the Central Nervous System of Drosophila melanogaster. First, the segmental composition (number of neuromeres) and the pattern of neural stem cells (neuroblasts) have been analyzed. This analysis revealed that the size of neuromeres, as well as the number of neuroblasts decreases gradually from anterior to posterior and no sex-specific differences in the number of generated neuroblasts have been found. By establishing the combinatorial code of expression of a large set of marker genes it was possible to disclose the identity of all neuroblasts found in this region and to generate a complete map of them. All neuroblasts formed, reveal serial homology to neuroblasts in more anterior segments. Second, the embryonic identity of the sex-specific neuroblasts has been investigated and their postembryonic male-specific cell lineages have been characterized. These detailed descriptions set the basis for a functional analysis of sex- and segment-specific factors, involved in patterning of this region of the Central Nervous System. Hence, it has been shown that the female isoform of doublesex induces Programmed Cell Death of the sex-specific neuroblasts, while the male isoform inhibits it. The Hox-gene Abdominal-B exhibits relatively mild effects on the survival of these neuroblasts, indicating that further factors are required to control this process in a segment-specific manner. The role of Hox-genes has further been examined with regard to the derived morphologic character of the terminal neuromeres. It was found out that the regulatory isoform of Abdominal-B acts at different levels: It influences the composition of defined cell lineages by modifying cell determination processes and by controlling Programmed Cell Death. Moreover, it suppresses the formation of a specific subpopulation of neuroblasts. However, Abdominal-B.r requires the co-expression of the ParaHox-gene caudal to unfold its full potential in suppressing these neuroblasts. This work provides first insights into the sex- and segment-specific specification of the terminal abdominal region of the Drosophila Central Nervous System on the level of the neuroectoderm, the neuroblasts and their progeny cells. The complete and detailed description of the neuroblast pattern and of the postembryonic male-specific cell lineages established attractive model systems for further investigations into the molecular mechanisms, controlling patterning of the Central Nervous System.
DDC:	570 Biowissenschaften 570 Life sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1760
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-35382
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	127 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen