Universität zu Köln

Kaspar, Markus (2005). Charakterisierung der Funktion des Zink-Finger-Transkriptionsfaktors klumpfuss während der Entwicklung des peripheren Nervensystems bei Drosophila melanogaster. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Für das Verständnis der Musterbildung in dem peripheren Nervensystem (PNS) von Drosophila ist es wichtig, die Prozesse zu kennen, die zur Selektion der sensorischen Vorläuferzellen (SOPs) und Bildung der mechanosensorischen Borsten führen. Durch vorangegangene Experimente konnte bereits gezeigt werden, dass die Aktivität des Zink-Finger-Transkriptionsfaktors klumpfuss (klu) für die Borstenentwicklung bei Drosophila benötigt wird. Ein Ausfall der Genfunktion führt zu einem milden Verlust sensorischer Borsten, der darauf beruht, dass nur noch eine reduzierte Anzahl an SOPs gebildet wird (Klein und Campos-Ortega, 1997). Diese Beobachtungen führten zu der Frage, welche Funktion Klu bei der Entwicklung des PNS von Drosophila besitzt. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass klu an einem Entscheidungsprozess beteiligt ist, der festlegt, ob sich eine Zelle zu einer neuronalen Vorläuferzelle (SOP) entwickelt oder ob diese Zelle ein ektodermales Schicksal annimmt. Belegt werden konnte dies anhand einer Überexpressionsstudie von klu, die zeigte, dass lediglich eine Erhöhung der Klu-Konzentration in den Zellen ausreicht, um die Bildung ektopischer SOPs zu induzieren. Dennoch konnte gezeigt werden, dass klu selbst kein proneurales Gen ist. Vielmehr scheint Klu die SOP Bildung dadurch zu beeinflussen, dass es die in den Zellen vorhandene proneurale Aktivität erhöht. Mit Hilfe von Fusionsproteinen konnte gezeigt werden, dass Klu als Repressor agiert. Die Überexpression eines konstitutiv aktiven Repressorfusionsproteins in dem der C-terminale Teil von Klu mit der Repressordomäne des Engrailed Proteins verknüpft war, führte zu einem qualitativ gleichen Phänotyp wie die Überexpression von klu. Anhand einer Funktionsstrukturanalyse des Klu-Proteins konnte zudem gezeigt werden, dass der N-terminale Teil von Klu benötigt wird, um mit anderen, für die SOP-Bildung ebenfalls wichtigen Proteinen, zu interagieren. Die in dieser Arbeit gewonnen Daten erlauben es, ein Modell für die Funktionsweise von Klu zu entwickeln. In diesem Modell ist Klu Teil eines Repressorkomplexes, der die Expression mehrerer Gene supprimiert. Diese Gene kodieren für Antagonisten bzw. Repressoren der neuralen Entwicklung. Einer dieser Antagonisten ist vermutlich extramacrochaetae (emc). Das Model beschreibt einen doppelt-negativen Regulationsmechanismus, der letztendlich die in einer Zelle vorhandene Konzentration proneuraler Antagonisten bestimmt und dadurch die proneurale Aktivität reguliert. Die Expressionsstärke von klu definiert demnach einen Schwellenwert für die proneurale Aktivität, der überschritten werden muss, damit eine Zelle das neuronale Schicksal annehmen kann.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language To understand the patterning mechanisms of the peripheral nerve system (PNS) in Drosophila, it is important to know the processes leading to the determination of the sensory organ precursors (SOPs) and the development of the mechanosensory bristles. Previous studies showed that the zinc finger transcription factor klumpfuss (klu) is required for the development of the sensory bristles in Drosophila. A loss of function mutation leads to a mild loss of sensory bristles as a result of a reduced formation of SOPs (Klein and Campos-Ortega, 1997). These observations led to speculations about the function of Klu during the development of the PNS in Drosophila. The presented data showed that klu is involved in a selection process which defines the either neural (SOP) or ectodermal cell fate. An overexpression analysis proved that a simple increase of the Klu concentration in cells is sufficient to induce the determination of ectopic SOPs. However, it was shown that klu is not a proneural gene by itself. More likely, Klu seems to influence the SOP formation by increasing the present proneural acitivity within the cells. Using fusion proteins revealed that Klu acts as a repressor. Overexpression of a constitutively active repressor fusion protein in which the C-terminal part of klu was fused to the engrailed repressor domain led to a qualitatively similar phenotype as the overexpression phenotype of klu. In addition, a functional and structural analysis showed that the N-terminal part of Klu is required for the interaction with other proteins relevant for SOP formation. The data obtained in this study allows to develop a model of Klu function. In this model Klu is part of a repressor complex suppressing the expression of several genes. These genes encode for antagonists or repressors of neural development. Most likely, one of the antagonists is extramacrochaetae (emc). The model describes a double negative regulation determining the concentration of proneural antagonists in cells and by this means regulating the proneural activity. Accordingly, the expression level of klu defines a threshold for proneural activity. Crossing this level allows a cell to adopt the neural fate. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Kaspar, Markus m.kaspar@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-14305
Date:	2005
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Drosophila , Musterbildung , peripheres Nervensystem , sensorische Borsten , klumpfuss German Drosophila , pattern formation , peripheral nerve system , sensory bristles , klumpfuss English
Date of oral exam:	2 February 2005
Referee:	Name Academic Title Klein, Thomas Dr. Priv.-Doz.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1430