"Insect Head Boundary" (IHB): Funktionelle Analyse eines Musterbildungs-Zentrums im Arthropodenkopf mittels RNAi, Mutanten und UAS/Gal4
Final Report Abstract
Die genetische Kontrolle der Kopfentwicklung von Insekten ist bislang nicht gut untersucht. Frühere Ergebnisse hatten aber gezeigt, dass zwei Signalwege eine bedeutende Rolle spielen: Der Wnt- und der Hh-Signalweg. Interessanterweise sind beide Signalwege gleichzeitig sowohl im Kopf als auch in der Wachstumszone aktiv, obwohl sich die Entwicklung dieser Regionen stark unterscheidet. In diesem Projekt stellten wir fest, dass im Kopf der Hh-Signalweg den Wnt Signalweg aktiviert, während es in der Wachsumszone anders herum ist. Danach bestimmten wir alle Gene, die im frühen Embryo von diesen beiden Signalwegen reguliert werden. Überraschenderweise sind in der Wachstumszone etwa zehn mal mehr Gene von diesen Signalwegen reguliert als im Kopf. Dies könnte daran liegen, dass die Wachstumszone zu diesem Zeitpunkt schon etwas weiter entwickelt ist. Diese Analyse erbrachte zudem die Einsicht, dass der Wnt Signalweg in der Wachstumszone Gene für metabolische Aktivität anschaltet, die vermutlich für das Auswachsen und die dafür nötige Zellteilung nötig sind. Zudem wurde mit Tc-senseless ein neues Gen entdeckt, das bei der Hinterdarm-Entwicklung beteiligt ist. Die genaue Analyse der hh Expression im Kopf ergab zudem ein bisher übersehenes Phänomen: Der zunächst schmale hh Streifen im Kopf verbreitert sich und splittet sich dann in zwei Streifen auf. Einer dieser Streifen trägt zur Bildung der okularen, der andere zur Bildung der antennalen Segmentgrenze bei. Vermutlich beruht die Verbreiterung des Streifens auf einer Veränderung der Gewebeform (konvergente Extension) und nicht auf der Wanderung von Expressionsdomänen. Diese Art der Bildung von Segment-Grenzen wurde zwar in theoretischen Modellen vorhergesagt, ist bei Insekten bisher nicht gefunden worden. Wir fanden mehrere an der Aufspaltung beteiligte Gene und formulierten darauf basierend eine Arbeitshypothese zum genetischen Mechanismus der Streifenaufspaltung. Diese Hypothese testen und verfeinern wir in einem Folgeprojekt.
Publications
- (2014). Wnt/b-catenin signaling integrates patterning and metabolism of the insect growth zone. Development. 2014 Dec;141(24):4740-50
Oberhofer, G., Grossmann, D., Siemanowski, J. L., Beissbarth, T. and Bucher, G.
(See online at https://doi.org/10.1242/dev.112797)
