Universität zu Köln

Van Anh, Dao (2014). Genome-wide RNAi screening and the analysis of candidate genes for dorsoventral patterning in Tribolium castaneum. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The iBeetle project is a genome-wide RNAi screen to systematically identify genes involved in oogenesis, embryonic and larval development in the red flour beetle, Tribolium castaneum. In the course of this thesis the general screening phase was followed by the investigation of phenotypes suggesting the impairment of dorsoventral (DV) axis formation. Our detailed analysis revealed one component acting upstream of Toll receptor, Tc-nudel, and two downstream components, Tc-pelle and Tc-tube-like-kinase. Tc-tube-like-kinase is of particular interest because it has homology to vertebrate IRAK 4. The kinase domain, which is observed in Tc-Tube-like kinase, must have been lost during evolution in the lineage leading to Drosophila. The requirement of the kinase domain for proper DV patterning in Tribolium is still unclear. Knockdown of Tc-SoxNeuro resulted in a phenotype resembling the loss of Tc-sog, which suggests a function of Tc-SoxNeuro in BMP signaling. Drosophila SoxNeuro is involved in early CNS development but seems not to function in BMP signaling in establishing ectodermal fate. Tc-SoxNeuro potentially fulfills a vertebrate-like function in establishing the BMP gradient, in agreement with previous work on BMP signaling in Tribolium suggesting a vertebrate-like network structure. Besides the analysis of candidate genes found in the iBeetle screen, an independent investigation was carried out in order to find the missing components of the perivetelline serine protease cascade in Tribolium. TC015295 is the putative Tc-gastrulation defective. The snake-related TC004160 might function like Persephone in immunity. TC002112 is Tc-easter and, at the same time, Tc-spätzle processing enzyme that functions in immunity. This study suggests that the upstream Toll signaling machinery in Tribolium, the more basally branching insect, is simpler than that in Drosophila, and the divergence of the upstream Toll signaling machinery observed in Drosophila is a derived feature.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language iBeetle ist ein genomweiter RNAi-Screen zur systematischen Identifizierung von Genen, die bei der Oogenese, Embryogenese und Larvalentwicklung des roten Mehlkäfers Tribolium castaneum eine Rolle spielen. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde nach der allgemeinen Screeningphase eine detaillierte Untersuchung der Phänotypen vorgenommen, die Defekte bei der Bildung der dorsoventralen Achse zeigten. Bei dieser Detailanalyse wurden Tc-nudel, eine Komponente stromaufwärts vom Tollrezeptor, und Tc-pelle sowie Tc-tube-like-kinase, zwei Komponenten stromabwärts vom Tollrezeptor, identifiziert. Tc-tube-like-kinase ist von besonderem Interesse, da das Protein Homologie zu IRAK 4 von Vertebraten aufzeigt. Die Kinasedomäne von Tc-tube-like-kinase ist wahrscheinlich während der Evolution in der Abstammungslinie, die zu Drosophila führt, verloren gegangen. Ob die Kinasedomäne eine essentielle Funktion für die dorsoventrale Musterbildung in Tribolium hat, ist noch nicht geklärt. Der Verlust von Tc-SoxNeuro führt zu einem Phänotyp, der dem Verlust von Tc-sog ähnelt, was zur Annahme führt, dass Tc-SoxNeuro eine Rolle im Netzwerk des BMP-Signalwegs spielt. Drosophila SoxNeuro ist an der frühen Neurogenese des CNS beteiligt, hat aber keine Funktion bei der Etablierung ektodermaler Zellschicksale durch BMP. In Vertebraten gibt es jedoch Hinweise, dass SoxNeuro-Homologe die BMP vermittelte dorsoventrale Musterbildung beeinflussen. Tc-SoxNeuro erfüllt somit möglicherweise eine Vertebraten-ähnliche Funktion in Tribolium. Diese Hypothese wird durch frühere Arbeiten gestützt, in denen gezeigt wurde, dass das BMP-Signalnetzwerk von Tribolium Ähnlichkeiten zu dem der Wirbeltiere hat. Neben der Analyse von Kandidaten aus dem iBeetle Screen wurde auf unabhängige Weise versucht, die noch unbekannten Komponenten der Serinproteasekaskade des Perivitellinspalts zu identifizieren, die den Liganden des Tollrezeptors aktivieren und somit die Bildung der embryonalen Dorsoventralachse induzieren. TC015295 ist ein mögliches Ortholog zu Gastrulation defective von Drosophila. Das snake-ähnliche Gen TC004169 könnte die Rolle von Persephone in der Immunantwort übernehmen. TC002112 korrespondiert vermutlich sowohl zu Drosophila easter als auch zu Drosophila spätzle processing enzyme, einer Komponente des Immunsystems. Diese Untersuchungen führen zur Annahme, dass die stromaufwärts agierenden Komponenten des Toll-Signalwegs in Tribolium, dem phylogenetisch ursprünglicheren Insekt, einfacher organisiert sind als in Drosophila, und, dass die Spezialisierung in immunspezifische und musterbildungsspezifische Komponenten in Drosophila ein abgeleitetes Merkmal darstellt. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Van Anh, Dao daovananh.bio@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-56644
Date:	5 May 2014
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institut für Entwicklungsbiologie
Subjects:	Natural sciences and mathematics Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language iBeetle, RNAi, screening, Tribolium castaneum, DV patterning, Toll signaling English
Date of oral exam:	25 June 2014
Referee:	Name Academic Title Roth, Siegfried Prof. Dr.
Projects:	iBeetle screening
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5664