Die Rolle von Zellteilungen für die Elongation der anteriorposterioren Achse in Insekten

• Antragsteller: Dr. Matthew Benton, Ph.D.
• Subject Area: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere ; Entwicklungsbiologie
• Term: from 2018 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 407643416

Die Mehrheit aller tierischen Embryonen dehnt sich während der Embryonalentwicklung entlang ihrer anterioren-posterioren (Kopf-Schwanz) Achse aus. In der Fliege Drosophila melanogaster, wird diese embryonale Elongation hauptsächlich durch die Umordnung vorhandener Zellen vorangetrieben und findet erst statt, nachdem der überwiegende Teil des Embryos bereits durch Mustergene spezifiziert wurde. Bei vielen anderen Insekten, einschließlich des Käfers Tribolium castaneum, tritt die embryonale Elongation jedoch gleichzeitig mit umfangreicher Zellteilungsaktivität und Musterbildung in den unterschiedlichen Geweben auf. Im Gegensatz zu Drosophila müssen daher die meisten Insektenembryonen Zellumstrukturierungen, Zellteilungen und Musterbildung der Gewebe während der embryonalen Elongation koordinieren. Über die Art und Weise, wie diese Koordination erreicht wird ist bisher nichts bekannt, da keine Beschreibungen des relativen Timings dieser drei Prozesse existieren. Innerhalb dieses Projektes werde ich daher zunächst die Menge und den Zeitpunkt der Zellteilungen während der embryonalen Elongation in Tribolium quantifizieren. Ich werde außerdem das Ausmaß orientierter Zellteilungen entlang der anterioren-posterioren Achse untersuchen, da solche orientierten Zellteilungen einen direkten Beitrag zur Verlängerung des Embryos leisten könnten. Um diese beiden Ziele zu erreichen, werde ich Live Aufnahmen von Tribolium Embryonen mittels high resolution fluorescent live imaging Techniken durchführen und die daraus resultierenden Daten mittels automatisierter oder manueller Methoden analysieren. Für das zweite Ziel des Projekts werde ich die funktionelle Rolle einer Gruppe von Zellteilungen untersuchen, die während der embryonalen Elongation in Drosophila auftreten. Diese Zellteilungen sind entlang der anterioren-posterioren Achse orientiert und treten, wie in Tribolium, gleichzeitig mit der Musterbildung der Gewebe und der embryonalen Elongation auf. Dieser Teil des Projektes ist als Kollaboration mit einem Mitglied des Gastlabors geplant. Das dritte Ziel meines Projekts ist es zu erforschen, wie Gene, die Entwicklungsmuster strukturieren, die Zellteilung während der Verlängerung des Tribolium Embryos regulieren. Hierfür werde ich die Expression und Funktion von Genen untersuchen, die durch den Drosophila-Aspekt des Projekts als Kandidatengene zutage treten oder durch existierende Veröffentlichungen bereits als solche bekannt sind. Der letzte Teil meines Projektes stellt eine breit angelegte Untersuchung der Zellteilung während der embryonalen Achsenelongation verschiedener Arthropoden dar. Zusammengenommen werden alle Ergebnisse meines Projekts aufzeigen, wie Zellteilungen zur anteriorposterioren Achsenausdehnung von Insektenembryonen beitragen, wie diese Teilungen reguliert werden und ob stereotypische Muster der Zellteilung während des Prozesses der embryonalen Elongation auch in phylogenetisch weit auseinander liegenden Arthropodengruppen konserviert sind.

• DFG Programme: Forschungsstipendien
• International Connection: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Michael Akam, Ph.D.