Funktionelle Analyse des Hox Gens Ultrabithorax während der Etablierung neuromuskulärer Netzwerke in Drosophila melanogaster

Abstract

Hox-Transkriptionsfaktoren steuern Segmentspezifizierungsvorgänge entlang der A/P-Achse in allen Bilateria auf hoch spezifische Art und Weise. Dabei regulieren sie unter anderem auch die Entwicklung neuromuskulärer Systeme. Eine mögliche Erklärung für die hohe funktionale Spezifität der Hox-Proteine stellt die Interaktion mit zellspezifischen Hilfsfaktoren dar. In der vorliegenden Arbeit wurden neue Interaktionspartner des Hox-Proteins Ultrabithorax (Ubx) in Drosophila melanogaster untersucht. Mittels eines neuronalen Modifier-Screens wurden zunächst 18 potentielle Interaktionskandidaten identifiziert. Die Expressionsanalyse von 10 dieser Kandidaten ergab eine überwiegende Expression im sich entwickelnden Nervensystem. Unter Verwendung der Bimolekularen Fluoreszenten Komplementation (BiFC) in Zellkultur konnte eine von der UbdA-Domäne vermittelten Interaktion von Ubx-Isoformen mit Debra (Dbr), Ataxin 2 binding protein 1 (A2bp1) und dem Mediator des Wnt-Signalweges Armadillo/ β-Catenin (Arm) gezeigt werden. Um eine mögliche Interaktion in vivo zu untersuchen, wurde das neuromuskuläre System des späten Embryos aufgrund seiner Tagma-spezifischen Unterschiede als Modell gewählt. Zu diesem Zweck wurde das thorakale System zunächst auf morphologischer Ebene detailliert beschrieben und dem bereits gut charakterisierten abdominalen System gegenüber gestellt. Darauf aufbauend konnte eine neue Funktion von Ubx während der spezifischen Etablierung neuromuskulärer Kontakte zwischen den ventro-lateralen Muskeln (VL1-4) und den RP-Motoneuronen innerhalb der abdominalen Segmente A2-A7 beschrieben werden. In Ubx Mutanten sind die entsprechenden Kontakte reduziert oder nicht vorhanden. Auf das thorakale Segment T3 hatte der Verlust von Ubx interessanterweise keine Auswirkungen. Ubx ist in den VL-Muskeln nötig und ausreichend für die Expression des Signalmoleküls Wnt4, welches von VL2 für die Zielfindung spezifischer Motoneurone sekretiert wird. Weiterhin reguliert Ubx die Expression von Dsulf1 und netB, welche eine bekannte Rolle während der Zielfindung von RP-Neuronen besitzen. Weiterführende Analysen zeigten, dass Ubx interessanterweise auch auf Seiten der entsprechenden Motoneurone die Bildung des neuromuskulären Netzwerks steuert und dies in RP-Neuronen möglicherweise durch Interaktion mit Arm reguliert wird. Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Arbeit eine neue Funktion von Ubx während der Entwicklung des neuromuskulären Systems unter Beteiligung des Ubx-Interaktionspartners und Mediator des Wnt-Signalwegs Arm beschrieben werden.