Musterbildung in Caenorhabditis elegans : Zellfokussierung und embryonale Polarität

Bischoff, Marcus

Diese Arbeit schlägt ein neues Szenario für die Musterbildung im C. elegans Embryo vor. Ein kleines "organisierendes Zentrum" im posterioren Teil des Embryos polarisiert den restlichen Embryo. Die dadurch koordinierten frühen Zellteilungsrichtungen begünstigen ein weitreichendes Sortieren der Zellen, das den Körperplan des Embryos etabliert. Während der Musterbildung werden die Zellen nicht nur durch Zellteilungen, sondern vor allem durch Zellbewegungen positioniert. Die hier vorgestellten Experimente zeigen, daß der Sortierungsprozeß nur auf lokalen Zell-Zell-Interaktionen basiert. Die Zellen verwenden keine zusätzliche Information, wie z.B. eine zelluläre Polarität. Somit sind die hier vorgestellten Ergebnisse mit dem vor kurzem formulierten "Zellfokussierungs"-Modell konsistent. Neben der Zellsortierung ist die Etablierung der embryonalen Polarität ein wichtiges ungelöstes Problem der Entwicklungsbiologie. In dieser Arbeit wird erstmals beschrieben, daß einige wenige Zellen das gesamte embryonale Feld polarisieren. Sie bilden ein "organisierendes Zentrum", an dem die Zellen ihre Polarität im Laufe der Entwicklung stetig ausrichten. Die Etablierung dieser Polarität erfolgt durch drei diskrete Prozesse. Erstens induzieren von P1 abgeleitete Blastomeren - abhängig vom Wnt-Homolog MOM-2 - eine Polarität in den berührten AB-Nachkommen. Zweitens übertragen polarisierte AB-Nachkommen die Polarisierung auf ihre unpolarisierten Nachbarn. Dabei wird ein MOM-2/Wnt abhängiges Signal saltatorisch von AB-Nachkomme zu AB-Nachkomme weitergegeben. Das Signal wird in jeder Blastomere neu produziert. Drittens können polarisierte AB-Blastomeren ihre Polarität über einen MOM-2/Wnt unabhängigen Prozeß an ihre Tochterzellen weitergeben. Auf diese Weise stellen drei Prozesse die Polarisierung aller Zellen des embryonalen Feldes sicher. Einer dieser Prozesse, die saltatorische Transduktion von MOM-2/Wnt, stellt einen bisher noch nicht beschriebenen Signaltransduktionsmechanismus dar.

This thesis proposes a new scenario for pattern formation in the C. elegans embryo. A small "organising centre" in the posterior part of the embryo polarises the rest of the embryo. In this way the orientation of cell cleavages promote an extensive sorting of cells which establishes the body plan of the embryo. During pattern formation, cells are not only positioned by cell cleavages but also by cell movements. The experiments presented here show that this cell sorting process is based only on local cell-cell interactions. Cells do not use additional information, such as cell polarity. Hence, the presented results are consistent with the recently formulated "cell focussing" model. Besides cell sorting, the establishment of embryonic polarity is an important unsolved problem in developmental biology. This thesis describes for the first time that a few cells polarise the whole embryonic field. They constitute an "organising centre" to which cells align their polarity continuously during development. The establishment of polarity occurs by three discrete processes. Firstly, P1-derived blastomeres induce - depending on the Wnt-homolog MOM-2 - a polarity in the contacted AB descendants. Secondly, the polarised AB descendants transduce this polarisation to their unpolarised neighbours. Thereby, a MOM-2/Wnt dependent saltatory signal is passed on from AB descendant to AB descendant. The signal is produced newly in each blastomere. Thirdly, polarised AB blastomeres are able to transduce their polarity to their daughter cells by a MOM-2/Wnt independent process. Thus, three processes ensure the polarisation of all cells of the embryonic field. One of these processes, the saltatory transduction of MOM-2/Wnt, describes a hitherto non-characterised signal transduction mechanism.

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Bischoff, Marcus: Musterbildung in Caenorhabditis elegans : Zellfokussierung und embryonale Polarität. 2005.

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