Form: Zellfokussierung in Caenorhabditis elegans

Memar, Nadin

Im C. elegans Embryo basiert die Musterbildung auf dem globalen Sortieren von Zellen. Der Mechanismus wurde von Schnabel et al. als Zellfokussierung bezeichnet. Die Zellposition wird abhängig vom Zellschicksal festgelegt. Diese Arbeit ist dem Problem gewidmet, mit welchen Mechanismen Zellen sortiert werden können und wie sie sich "erkennen". Oder, was ist die molekulare Basis für die Zellfokussierung. Da während der embryonal, als auch während der larvalen Entwicklung Zellteilungen, -wanderungen und -sortierungen stattfinden, kann man erwarten, dass die Funktionen pleiotrop sein können. Um Gene zu identifizieren, die an diesen Prozessen beteiligt sind, wurde eine Mutantenlese nach temperatur-sensitiven Mutanten durchgeführt. Der Vorteil solcher Mutanten ist, dass die Genaktivität durch einen Temperaturshift jederzeit inaktiviert werden kann und so die Pleiotropien ausgeschaltet werden. Um die Mutanten zu sortieren, wurden Embryonen mit Hilfe der 4D-Mikroskopie dokumentiert und kategorisiert. Alle Mutanten mit einem potenziellen Fokussierungsphänotyp wurden mit der Software SIMI°BioCell analysiert. Die Mutante t3091 wurde sorgfältig charakterisiert. In dieser Mutante ist die Zellsortierung defekt, was zu einer Unordnung im Embryo führt. Die Mutation befindet sich im Gen pmm-1, das ein Ortholog zur humanen Phosphomannomutase 2 ist. Das Protein ist ein zentraler Faktor der N-Glykosilierung. Die entsprechenden Glykoproteine haben zell- und entwicklungsbiologische Funktionen. Meine Beobachtungen sind mit der Hypothese konsistent, dass Glykoproteine eine zentrale Rolle bei der Spezifizierung von Zelladressen zur Fokussierung spielen. Nach vorhergehenden Arbeiten scheint es wahrscheinlich, dass jede Zelle im C. elegans Embryo zur Orientierung eine Eigene schicksalsabhängige Adresse besitzt (Schnabel et al., 2006; Bischoff et al., 2006). Spezifische Glykosilierungmuster erscheinen mir eine biochemische Möglichkeit, eine solche Vielfalt an Adressen zu spezifizieren.

In C. elegans embryonic pattern formation occurs by global cell sorting. This mechanism was described by Schnabel et al. as "cell focusing" in analogy to the focusing of proteins. The cell position in a C. elegans embryo is correlated to the cell fate. This work addresses the problem by which mechanisms cells recognize each other during the long-range movements through the embryo or what is the molecular basis for cell focusing? However, cell division, migration and sorting are essential during embryonic as well during larval development. Thus, mutations in genes, which are involved in these processes, could have pleoitropic effects. To identify genes that are involved in migration and sorting we performed a screen for temperature sensitive embryonic lethal mutants. The great advantage over non-conditional mutants is, that inactivation of a gene product is induced by a temperature shift which allows to circumvent pleiotropic effects by shifting the organism at different stages of development. To classify the mutants I used 4D microscopy to document the whole embryogenesis. The recordings were analyzed using the Software SIMI°BioCell to classify and to identify mutants with cell focusing defects. I characterized the mutant t3091. The phenotype reflects a strong cell sorting defect, which results in excessively disorganized embryos. The mutation defines the gene pmm-1, which is an ortholog of the human gene phosphomannomutase 2. This protein is a central factor of the N-glycosylation pathway. Glycoproteins are essential for many cell- and developmental processes. The reduction of gene activity leads to multisystemic pathologies in humans. My observations are consistent with the hypothesis, that glycoproteins have a major role in specification of cell addresses, that are needed for a proper sorting/cell focusing. The diversity of glycosylation patterns may be sufficient, to code the potentially large number addresses required for placing cells in the C. elegans embryo.

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Memar, Nadin: Form: Zellfokussierung in Caenorhabditis elegans. 2012.

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