Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-2523
Authors: Becker, Henrike
Title: Segmentale Spezifizierung der Neuroblastenlinie 6-4 in den gnathalen Segmenten von Drosophila melanogaster
Online publication date: 8-Aug-2017
Language: german
Abstract: Diese Arbeit befasst sich mit Prozessen der segmentalen Musterbildung über zellautonome und, bisher nicht bekannte, nicht-zellautonome Wirkungsweisen von Hoxgenen im gnathalen ventralen Nervensystem (VNS) von Drosophila melanogaster. Das zeitliche und räumliche Expressionsmuster des Transkriptionsfaktors Eagle (Eg) weicht in den gnathalen Segmenten des Bauchmarks stark von dem der thorakalen Segmente ab. Segmentale Identitäten von Eg-positiven Neuroblastenlinien werden in den gnathalen Segmenten über die Funktionen der Antennapedia-Komplex (Antp-K) Gene vermittelt. Die Auswirkungen von Funktionsverlust von Antp-K Genen unterscheiden sich aber in den verschiedenen Neuroblastenlinien stark. Für die Aufrechterhaltung der maxillaren rein glialen Identität der Nachkommenzellen des Neuroblasten (NB) 6-4, in Abgrenzung zu einer gemischten Identität aus Gliazellen und Neuronen bei Funktionsverlust der beteiligten Faktoren, ist neben einem zellautonomen Regulationsweg über Deformed (Dfd) und Sex combs reduced (Scr) parallel ein nicht-zellautonomer Einfl¬uss von Labial (Lab) und Antennapedia (Antp) Funktion feststellbar. Erst bei Ausfall beider Regulationswege kommt es zu einer 100%igen Transformation der segmentalen Identität, bei alleinigem Ausfall zu jeweils rund 40%. Der nicht-zellautonome Regulationsweg umfasst eine Regulationskaskade, ausgehend von den Genen des Antp-K auf nachfolgend geschaltete Faktoren. Die Transkription des für ein sezerniertes Protein kodierenden Gens Amalgam (Ama) wird durch Scr reprimiert und durch Lab, Dfd und Antp aktiviert. Bei Antp-K Gen Funktionsverlust kommt es zu einer veränderten Konzentration an Ama mRNA, was im Weiteren über den Transmembranrezeptor Neurotactin und das Adapterprotein Disabled zu einer veränderten Konzentration und Aktivität der Ableson-Tyrosin-Kinase (Abl) führt. Abl wirkt vermutlich mittels seiner Kinasefunktion über den Hippo/Salvador/Warts (HSW)-Signalweg auf den Faktor Yorkie (Yki). Yki übt daraufhin eine Funktion für die Festlegung der segmentalen Identität des NB6-4 über die Regulation der Expression von CyclinE (CycE) aus. CycE ist, ebenso wie im Thorax (Berger et. al, 2005), auch in den gnathalen Segmenten der entscheidende Faktor für die Entstehung von NB6-4 Neuronen und wird sowohl über den direkten zellautonomen Regulationsweg, als auch über den nicht-zellautonomen Weg parallel reguliert. Unterstützt wird die Annahme des parallelen nicht-zellautonomen Regulationsweges durch die Beobachtung eines weiteren Phänotyps, der sehr starke Zellproliferation und unverhältnismäßig große, morphologisch auffällige Zellkerne hervorbringt. Dieser Phänotyp kann mit Regulationen des HSW-Signalwegs in Verbindung gebracht werden. Die weiteren Eg-positiven Zelllinien von NB3-3 und NB7-3 sind in ihren segmentalen Identitäten von zellautonomen Funktionen der jeweils exprimierten Antp-K Gene abhängig, über den parallelen nicht-zellautonomen Weg sind sie in ihrer Identität jedoch nicht beein¬flusst. Auch in den abdominalen Segmenten konnte kein Einfl¬uss des nicht-zellautonomen Wegs auf die segmentalen Identitäten der Nachkommen des NB6-4, NB3-3 oder NB7-3 festgestellt werden. Nicht-zellautonome Wirkungsweise von Hoxgenen innerhalb des ventralen Nervensystems eröffnet neue Möglichkeiten für das Verständnis von Musterbildungsprozessen im entstehenden Organismus.
Segmental specification in the ventral gnathal nervous system (VNS) of Drosophila melanogaster via direct cell autonomous and in parallel via, so far unknown, non-cell autonomous function of Hoxgenes is the main topic of this thesis. The temporal and spatial expression of the transcription factor Eagle (Eg) is deviating in the gnathal segments from the well known pattern in more posterior segments. The segmental identities of gnathal Eg positive neuroblast (NB) lineages are mediated by the functions of Antennapedia -Complex (Antp-C) genes. Two different regulatory pathways are responsible to determine the glial identity of the wildtypic maxillary NB6-4 lineage, in comparison to the mixed identity of glial and neuronal cells induced by the loss of function of the involved factors. On one hand, there is a direct cell autonomous regulation via Deformed (Dfd) and Sex combs reduced (Scr). In parallel, a second non-cell autonomous pathway via Labial (Lab) and Antennapedia (Antp) function influence the maxillary NB6-4 identity. If just one of these regulative pathways is dysfunctional, only 40% transformation rate of the NB6-4max towards a mixed identity arise, whereas simultaneous disruption leads to 100% transformation. The non-cell autonomous pathway contains a regulative cascade, starting from the Antp-C genes towards downstream factors. The secreted molecule Amalgam (Ama) is repressed by Scr function and upregulated by Lab, Dfd and Antp. Loss of function of Antp-C genes leads to a different concentration of Ama mRNA, which in the following induces a change in the activity of its receptor Neurotactin (Nrt), the adaptor protein Disabled (Dab) and the effector kinase Abelson tyrosine kinase (Abl). Abl alters the function of Yorkie via the Hippo/Salvador/Warts pathway, which leads to a regulation of CyclinE (CycE) expression inside the NB6-4max. CycE is the responsible factor for mediating gnathal NB6-4 neuronal identity, like it is in thoracic segments (Berger et al., 2005). CycE expression is regulated in parallel via the cell autonomous and the non-cell autonomous pathways. A second phenotype of strong cell proliferation and huge, unregularly shaped cell nuclei facilitates the hypothesis of the involvement of the Hippo pathway. The segmental identity of the other gnathal Eg positive NB lineages of NB3-3 and NB7-3 are regulated by direct cell autonomous function of the Antp-C genes. Here, as well as in abdominal segments, no influence of the non-cell autonomous pathway is visible. The disclosure of a non-cell-autonomous influence of Hox genes on neural stem cells provides new insight into the process of segmental patterning in the developing CNS.
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-2523
URN: urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000014431
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: IX, 255 Seiten
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