Symmetriebruch im Amphibienembryo

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Blum
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 55314144

Organasymmetrien entstehen während der Embryogenese, ausgelöst durch eine links-asymmetrische Genkaskade im Neurula-Embryo. Im Fisch- und Säugerembryo wird diese Nodal-Kaskade durch einen von beweglichen Cilien angetriebenen Flüssigkeitsstrom induziert. Bei Amphibien wurden frühere Asymmetrien bereits in Furchungsstadien beschrieben, z.B. für die Lokalisierung von Serotonin und die Ionenpumpe ATP4. Das Ionenfluss-Modell schlägt vor, dass ein von ATP4 erzeugter asymmetrischer Spannungsgradient Serotonin über Gap Junctions asymmetrisch verteilt, und der Symmetriebruch zeitlich weit vor dem Flüssigkeitsstrom erfolgt. In der vorangegangenen Förderperiode haben wir ATP4 und Serotonin im Zusammenhang mit dem von uns in der Gastrocoel Dachplatte (GRP) gefundenen Flüssigkeitsstrom untersucht. Beide waren symmetrisch verteilt und für die Wnt-abhängige Spezifizierung des sog. superfiziellen Mesoderms (SM) verantwortlich, aus dem sich die GRP entwickelt. Verlust von ATP4 wirkte sich auf den Organsitus aus, da Nodalkaskade und Flüssigkeitsstrom gestört waren. Die GRP wies weniger, kürzere und fehlgerichtete Cilien auf. Auch Serotonin ist für die Ausbildung des Flüssigkeitsstroms notwenig, als Kompetenzfaktor für kanonisches Wnt, das ein instruktive Signal zur SM Spezifizierung darstellt. Interessanterweise reichert sich Serotonin in der äußeren epithelialen Zellschicht der Blastula bereits vor der Spezifizierung des SM an. Unsere Vorarbeiten zeigen also eine zentrale und frühe Rolle des SM für die links-rechts (LR) Achsendeterminierung. Außerdem falsifizieren sie das Ionenfluss-Modell, zumindest in seiner jetzigen Form.Der vorliegende Antrag zielt auf die Charakterisierung von früheren Ereignissen, vor der Ausbildung des SM in der Gastrula, und versucht die LR Spezifizierung bis zu dem durch die Befruchtung ausgelösten dorsalen Wnt/ß-catenin Gradienten zurückzuverfolgen. Um das SM molekular besser zu fassen, und um einen früheren LR Readout zu etablieren, soll die Proteinsignatur des SM durch einen Proteomics-Ansatz bestimmt werden. Spezifische Proteine sollen im Entwicklungsgang und in SM-manipulierten Embryos quantifiziert werden. Wir vermuten, dass andere sog. "frühe" Determinanten für die SM-Spezifizierung notwendig sind, indem sie z.B. die Akkumulation von Serotonin in den äußeren Blastulazellen befördern. Zur Analyse werden wir einige dieser Faktoren verändern und in manipulierten Embryos Serotonin qualitativ und quantitativ nachweisen, ebenso wie evtl. Veränderungen von GRP und Flüssigkeitsstrom. Wir vermuten weiter, dass die Wnt/ß-catenin induzierten Signalzentren der Blastula die Spezifizierung des SM beeinflussen. Dazu werden wir das Nieuwkoop-Zentrum (NC) und das Blastula Chordin Noggin Expressionszentrum (BCNE) in Embryos manuell oder funktionell ausschalten und die Auswirkungen dieser Manipulationen auf SM Spezifizierung, GRP und Flüssigkeitsstrom untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen