Somitogenese im Zebrafisch: Die Interaktion zwischen Wnt und Delta/Notch Signalweg und die ripply vermittelte Termination der "clock" - Eine Untersuchung mittels der her1 und her7 Mutanten

Choorapoikayil, Suma (2008). Somitogenese im Zebrafisch: Die Interaktion zwischen Wnt und Delta/Notch Signalweg und die ripply vermittelte Termination der "clock" - Eine Untersuchung mittels der her1 und her7 Mutanten. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Zusammenfassung Die Somitogenese ist der fundamentale Prozess in der Vertebratenentwicklung, an dem zwei Signalwege -Delta-Notch und Wnt- maßgeblich beteiligt sind. Die Komponenten des Delta- Notch Signalweges sind Bestandteile eines so genannten molekularen Oszillatormechanismus, der die alternierende und somit zyklische Genexpression im präsomitischen Mesoderm (PSM) koordiniert. Im Zebrafisch bilden die zyklisch exprimierten her1 und her7 Gene mit dem Liganden deltaC einen regulatorischen Kreislauf im Sinne eines negativen "feedback loops", der die Grundlage des "prepattering" Mechanismus darstellt. Durch die Analyse der her1 Mutante konnte gezeigt werden, dass das Her1 Protein essentiell an der Bildung der ersten drei Somiten beteiligt ist. Ein Funktionsverlust führt zu deformierten Somitengrenzen, die einhergehen mit einer gestörten rostro-caudalen Polarität. Die räumliche Expression von her1 innerhalb des PSMs wird durch unterschiedliche "clock" Elemente, die auf dem her1 Promotor lokalisiert sind, kontrolliert. Die zyklische Expression im anterioren PSM erfolgt durch die Bindung von Su(H) im anterioren "clock" Element, wohingegen die zyklische Expression im posterioren PSM unabhängig von diesem zu sein scheint. Ergebnisse von her7 knockdown Analysen, die eine gestörte Segmentgrenzenbildung ab etwa Somit zehn andeuteten und als "anterior limit of defect" (ALD) bezeichnet worden sind, können durch die vorliegende her7 Mutantenanalyse dahingehend korrigiert werden, dass etwa ab Somit 17 wildtypische Segmentgrenzen gebildet werden. Dieser mit "posterior limit of defect" (PLD) bezeichnete Defekt, deutet an, dass her7 ähnlich zu her1 eine temporäre Rolle während der Somitogenese ausübt. Gegensätzlich zur beobachteten Situation in Maus konnte für die hes7 Zebrafisch homologen Gene her1 und her7 durchhaus eine regulierende Funktion auf die ripply Transkription festgestellt werden. Die gleichzeitige Inhibition des Wnt Signalweges durch lrp6 Morpholino knockdown in Kombination mit einzelnen Mutanten des Delta-Notch Signalweges, wie deltaC/bea, her1KO oder her7KO konnte eine bislang noch nicht beschriebene Verknüpfung beider Signalwege offen legen. Insbesondere bea und Her7KO zeigen wie auch der lrp6 knockdown im Einzelfall einen posterioren Defekt, der bei einem kombinatorischen Ausfall beider Signalwege zu einem anterioren Defekt führt und damit Entwicklungsprozesse in der frühen Somitogenese so wie die frühe Segmentierungsuhr betrifft. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass der Delta-Notch Signalweg zusammen mit dem Wnt Signalweg in der frühen Somitogenese bzw. im "prepatterning" Mechanismus eine entscheidende Rolle ausübt.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated abstract:

Abstract

Language

Abstract Somitogenesis is a fundamental process during the development of the vertebrate body which includes two major signalling pathways, the Delta-Notch and the Wnt pathway. The components of Delta-Notch signalling are part of a so-called molecular oscillator and coordinate the alternate and thus cyclic gene expression in the presomitic mesoderm (PSM). In Zebrafish, the cyclically expressed her1 and her7 genes build a genetic circuit with the ligand deltaC acting as a negative feedback loop. This is the basis for the prepatterning mechanism. The protein Her1 exhibits a temporary role and is essential to generate the first three somites. Loss of function leads to distorted somite boundaries and is correlated with a disruption of the rostro-caudal polarity in these somites. Further, the spatio-temporal expression of her1 is controlled by different elements located within the her1 promotor. The cyclic expression in the anterior part of the PSM is activated through binding of Su(H), whereas the cyclic expression in the posterior PSM is independent of this. Results of her7 knockdown studies indicate boundary defects posterior to the 10th somite, which is defined as an "anterior limit of defect" (ALD). Analysis of the her7 mutant demonstrates that a "posterior limit of defect" (PLD) exists, which means that after the 17th somite, normal boundaries are formed. The obtained results indicate a temporary role for her7 similar to her1 during somitogenesis. In contrast to the observed situation in mice for hes7-/- the zebrafish homologues her1 and her7 revealed thoroughly regulatory function to the ripply transcription. The phenotype resulting from simultaneous inhibition of the Wnt pathway via lrp6 Morpholino knockdown in combination with single mutants of the Delta-Notch pathway, like deltaC/bea, her1KO or her7KO elucidates a novel connection between these two pathways which was not described so far. A partial loss of function of one gene in the pathway leads to posterior defects; however a combined inhibition of both pathways shows an earlier defect, which correlates with a perturbation during early somitogenesis and the early segmentation clock. Taken together, it seems that the delta-notch pathway acts together with the wnt signalling during early somitogenesis.

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