Untersuchungen zur frühembryonalen Musterbildung und Neurogenese in den gnathalen und prägnathalen Gehirnanteilen von Drosophila melanogaster

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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.

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