Molecular Mechanisms in Primordial Germ Cell Development in Zebrafish
Molekulare Mechanismen in der Entwicklung von Primordialen Keimzellen des Zebrafisches
von Markus Strasser
Datum der mündl. Prüfung:2007-10-10
Erschienen:2007-10-16
Betreuer:Prof. Dr. Erez Raz
Gutachter:Prof. Dr. Erez Raz
Gutachter:Prof. Dr. Tomas Pieler
Gutachter:Prof. Dr. Michael Kessel
Dateien
Name:strasser.pdf
Size:30.7Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Zusammenfassung
Englisch
In many organisms, primordial germ cells (PGCs) are specified early on in development at distant places from where the gonad will develop. Therefore, the cells have to migrate to reach the place where they will differentiate into the gametes (sperm and egg). A common feature of germ cells is the presence of unique granular structures generally termed as germinal granules, which are thought to be involved in posttranscriptional regulation (including regulation through microRNAs). Interestingly, Dead end, a germinal granule component, is essential for several aspects of PGC development such as motility and fate maintenance in zebrafish. To understand the specific role germinal granules play in germ cell development it is important to identify their structural features as well as to characterize the function of Dead end and other germinal granule components. Here I present the results of a microarray-based screen, which led to the identification and characterization of two novel germ-cell markers whose proteins are components of germinal granules, Granulito and Tdrd7. Based on the specific localization of Granulito to germinal granules, I generated a transgenic fish line, which expresses a fluorescent fusion construct of Granulito early on in PGC development. This transgenic line allowed the description of the structural features of germinal granules during early development and how they change until the PGCs reach their targets. I found that initially, granules exhibit a wide size variation, but by the end of the first day of development they become a homogeneous population of medium size granules. Tdrd7 is required for this process as PGCs in which Tdrd7 was knocked down exhibit abnormal granule morphology and reduced granule numbers. Last, I present evidences that the germinal granule component Dead end counteracts the function of microRNAs on specific targets. This derepression of microRNA activity through Dead end depends on uridine-rich regions within the 3 UTR of the target mRNA. As Dead end and components of the microRNA pathway are known to localize to germinal granules, their interaction is probably carried out within these structures.
Keywords: Germ cells; Development; germinal granules; Dead end; microRNA
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In vielen Organismen, Primordiale Keimzellen, werden in frühen Entwicklungsstadien, entfernt von der Region wo sich die Gonaden entwickeln werden, spezifiziert. Daher müssen die Zellen zu dieser Region migrieren, wo sie sich dann in Spermien bzw. Oozyten differenzieren. Eine allgemeine Eigenschaft von Keimzellen ist das Vorhandensein Keimzellen-spezifischer granulärer Strukturen, welche generell als Keimgranulate (engl. germinal granules) bezeichnet werden. Es wird angenommen, dass diese Strukturen in posttranskriptionaler Regulation (inklusive Regulierung durch microRNAs) involviert sind. Interessanterweise, Dead end, ein Komponent von Keimgranulaten, ist essentiell für mehrere Aspekte der Keimzellentwicklung in Zebrafisch, wie Zellmotilität und Erhalt des Zelltypus. Um die spezifische Funktion der Keimgranulate in der Keimzellentwicklung zu verstehen, ist es wichtig, deren strukturellen Eigenschaften, sowie die spezifische Funktion von Dead end und andere Keimgranulat-Komponenten zu charakterisieren. Hier präsentiere ich die Resultate eines Mikroarray Screens, welches zur Identifikation und Charakterisierung zweier neuer Keimzellmarker (Granulito und Tdrd7), deren Proteine in den Keimgranulate lokalisiert sind, führte. Da Granulito spezifisch in den Keimgranulaten lokalisiert ist, habe ich eine transgene Fischlinie gemacht, welche ein fluoreszentes Granulito Fusionsprotein schon in frühen Entwicklungsstadien exprimieren. Diese transgenen Embryonen erlaubten eine Beschreibung der strukturellen Eigenschaften und Veränderungen von Keimgranulaten während frühen Entwicklungsstadien bis die Keimzellen ihre Migration abgeschlossen haben. Keimgranulate weisen zuerst ein weites Spektrum von unterschiedlichen Größen auf, aber am Ende des ersten Tages der Embryonalentwicklung, haben sie sich in eine homogene Population mittlerer Größe verwandelt. Dieser Prozess benötigt Tdrd7, da in Keimzellen, in denen Tdrd7 entfernt wurde, die Keimgranulate eine abnormale Morphologie, sowie eine reduzierte Anzahl an Granulate aufwiesen. Zuletzt präsentiere ich Hinweise dafür, dass der Keimgranulat-Komponent Dead end der Inhibition von spezifischen mRNA-Targets durch microRNAs entgegenwirkt. Diese Derepression der microRNA Aktivität durch Dead end ist abhängig vom Vorhandensein Uridin-reicher Regionen innerhalb der 3 NTR der Target-mRNA. Da Dead end und Komponenten des microRNA Prozesses in den Keimgranulaten lokalisiert sind, wird deren Interaktion wahrscheinlich innerhalb dieser Strukturen ausgeführt.
Schlagwörter: Keimzelle; Entwicklung; Keimgranulate; Dead end; MikroRNA