Authors:	Jussen, David
Title:	Untersuchungen zur frühembryonalen Musterbildung und Neurogenese in den gnathalen und prägnathalen Gehirnanteilen von Drosophila melanogaster
Online publication date:	27-Apr-2017
Year of first publication:	2017
Language:	german
Abstract:	In dieser Arbeit wurden Regulation und Funktion der Epidermal growth factor-Rezeptor (EGFR)-Aktivität in der frühen Hirnanlage von Drosophila untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die EGFR-Aktivierung in den embryonalen Hirn-Neuromeren Trito- (TC), Deuto- (DC) und Protocerebrum (PC) einem dynamischen räumlich/zeitlichen Muster folgt, welches von den aktivierenden EGFR-Liganden Spitz (Spi; homolog zu TGFα in Vertebraten) und Vein (Vn; homolog zu Neuregulinen in Vertebraten), sowie dem Spi-Antagonisten Argos (Aos) abhängt. Es wurde zudem ein genetisches Netzwerk identifiziert, welches die Verteilung dieser Faktoren in der Hirnanlage bewerkstelligt. In diesem kontrollieren der mesektodermale Transkriptionsfaktor single-minded (sim), das cephale Lückengen tailless (tll), sowie die dorsoventralen Musterbildungsgene ventral nervous system defective (vnd), intermediate neuroblasts defective (ind) und Nkx6 die neuromer-spezifisch regionalisierte Expression von rhomboid (rho; katalysiert die Sekretion von Spi), vn und aos im procephalen Neuroektoderm (pNE) und Mesktoderm der Hirnanlage. EGFR wird dabei im TC maßgeblich in Abhängigkeit der sim-exprimierenden ventralen Mittellinie aktiviert, während die EGFR-Aktivierung in DC und PC von neuroektodermalen Ligandenquellen abhängt. Um Funktionen des EGFR in der frühen Hirnentwicklung zu identifizieren, wurden zudem frühe Neurogeneseprozesse in der embryonalen Hirnanlage nach Funktionsverlust und Überaktivierung des EGFR untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass EGFR Apoptose im pNE unterdrückt, und zugleich einen positiven Einfluss auf Proliferation und Expression des proneuralen Gens lethal of scute (l’sc) in Neuroektodermalzellen hat. Auf diesen Wegen kontrolliert EGFR die Bildung von ~40% der Neuroblasten in der Hirnanlage. EGFR stellt somit einen zentralen Regulator der frühen Hirnentwicklung dar, welcher entscheidende Entwicklungsschritte auf neuromerspezifische Weise beeinflusst. Im Rahmen eines weiteren Projekts wurde ein Beitrag zur Identifikation und molekularen Charakterisierung von NBs der gnathalen Neuromere geleistet. Die gnathalen Neuromere stellten bis zuletzt den einzigen Abschnitt des embryonalen zentralen Nervensystems dar, in welchem NBs nicht detailliert kartiert wurden. Daher wurde in dieser Arbeit eine Expressionsanalyse von 46 molekularen Markern in gnathalen Neuroblasten durchgeführt. Unter Einbeziehung der dabei gewonnenen Daten konnten alle gnathalen NBs individuell identifiziert und molekular charakterisiert werden. Es konnte gezeigt werden, dass die NB-Populationen der Gnathalsegmente (Labial- (LB), Maxillar- (MX) und Mandibularsegment (MN)) aus seriell homologen NBs der thorakalen/abdominalen Rumpfsegmente besteht, deren Anzahl jedoch in LB, MX und MN zunehmend reduziert ist. Insbesondere im MN sind die Markerexpressionsprofile von Neuroblasten im Vergleich zu den Rumpfsegmenten zudem deutlich abgewandelt. Durch die Identifikation und molekulare Charakterisierung gnathaler NBs ist eine Grundlage für wichtige weiterführende Analysen geschaffen worden, wie der detaillierten Analyse gnathaler Zellstammbäume oder der Untersuchung serieller und evolutionärer Homologie im gesamten zentralen Nervensystem. This work focusses on regulation and function of Epidermal growth factor receptor (EGFR) activity during early brain development of Drosophila. It was shown that EGFR is activated in the embryonic brain neuromeres Trito- (TC), Deuto- (DC) and Protocerebrum (PC) in a dynamic spatio/temporal pattern, which relies on the activating EGFR ligands Spitz (Spi; homologous to TGFα in vertebrates) and Vein (Vn; homologous to Neuregulins in vertebrates), and of the Spi-antagonist Argos (Aos). A genetic network was identified, which controls deployment of those factors in the embryonic brain anlage. In that network, the mesectodermal transcription factor single-minded (sim), the cephalic gap gene tailless (tll), as well as the dorso-ventral patterning genes ventral nervous system defective (vnd), intermediate neuroblasts defective (ind) and Nkx6 control the regionalized expression of rhomboid (rho; catalyzes Spi secretion), vn and aos in the procephalic neuroectoderm (pNE) and mesectoderm of the brain anlage in a neuromere-specific manner. It was shown in that regard, that EGFR activity in the TC depends on sim-expressing mesectodermal cells of the ventral midline, while EGFR activity relies on neuroectodermal ligand sources in DC and PC. Furthermore, early neurogenesis was analyzed in the brain anlagen of genetic EGFR loss-of-function and gain-of-function backgrounds. It was shown, that EGFR is required in to suppress apoptosis in the pNE, while positively influencing proliferation and expression of the proneural gene lethal of scute (l’sc). That way, EGFR controls formation of ~40% of brain neuroblasts. Therefore, EGFR is a central regulator of early brain development, influencing crucial developmental steps in a neuromere-specific manner. In the context of a further project, this work contributes to the identification and molecular characterization of neuroblasts in the gnathal neuromeres of Drosophila. Until recently, the gnathal neuromeres represented the only part of the embryonic central nervous system, in which neuroblasts were not mapped in detail. Therefore, expression of 46 molecular markers was analyzed in gnathal neuroblasts. Taking the obtained data into account, each gnathal neuroblast was individually identified and molecularily characterized. It was shown, that neuroblast populations of the gnathal segments (Labial (LB), Maxillary (MX) and Mandibular (MN) segments) entirely consist of neuroblasts which can be considered serially homologous to those of the thoracic/abdominal trunk segments T1-A7. Anyway, neuroblast numbers are progressively diminished in LB, MX and MN with regard to trunk segments. Also, marker expression profiles are increasingly modified in neuroblasts of LB, MX and MN with regard to the respective serial homologues in the trunk. Mapping and characterization of gnathal neuroblasts represents a foundation for further studies aiming at the analysis of gnathal cell lineages or the occurrence of serial or evolutionary homology in the entire 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-3882
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000012736
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	141 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen