Functional analysis of embryonic brain development in Tribolium castaneum

Abstract

Das Gehirn eines Tieres ermöglicht unter anderem die Steuerung von komplexen Verhaltensweisen wie beispielsweise Orientierung und gerichtete Bewegungen. In Insekten wurde für jene Prozesse ein übergeordnetes Zentrum entdeckt, das Zentralkomplex genannt wird. Es besteht aus fünf neuropilären Strukturen, die aus einzelnen wenigen Vorläuferzellen, so genannten Neuroblasten, hervorgehen. Jene Zellen konnten embryonal in Schistocerca und pupal in Drosophila identifiziert und lokalisiert werden, jedoch ist wenig bekannt über die Genetik, die die Identität der Neuroblasten determiniert und dadurch die Bildung des Zentralkomplexes ermöglicht. Das Faktum, dass larvale Stadien jenen Komplex nicht aufweisen, behindert seine genetische embryonale Analyse in Drosophila. Hier bietet Tribolium castaneum den Vorteil, dass larval ein reduzierter Zentral Komplex existiert, der dennoch funktional ist, und zusätzlich, dass der Organismus durch RNA Interferenz sehr leicht genetisch manipulierbar ist. Daher wurde Tribolium als Organismus gewählt, um ein System zu entwickeln das eine genetische Analyse der Gehirnentwicklung in Insekten ermöglicht. Zunächst wurden transgene Reporterlinien generiert, die eine Studie der embryonalen Gehirnentwicklung unterstützten. In einer Linie wurden gliale Zellen partiell mit der Expression des Reportergens turboGFP (tGFP) markiert. Diese Expression wurde durch die Kombination des Reportergens mit der regulatorischen Region des Gens Tc-reversed polarity forciert. Ein weiterer Ansatzpunkt war die Verfolgung der Entwicklung von Neuroblasten. Dazu wurden einzelne regulatorische Regionen der Gene Tc-six3 und Tc-rx gewählt, die in Kombination mit den Reportergenen tGFP und DsRedExpress, die Entwicklung bis hin zur vollständigen Struktur im larvalen Gehirn visualisierbar machen sollten. Die generierten transgenen Tiere wurden hinsichtlich der Reportergensignale embryonal per in situ Hybridisierungen als auch larval mittels Fluoreszenzanalysen untersucht. Dabei konnten zwei Linie identifiziert werden, deren Signal im larvalen Gehirn interessante weiterführende Studien zuließen. Im Bezug auf transgene Tiere, wurden schließlich bereits existierende Linien auf ihre gewebsspezifische Expression hin analysiert. Dabei konnte identifiziert werden, dass das Promotorkonstrukt 6xP3 spezifische Expression in glialen Zellen treibt, während eine weitere Linie, die im GEKU-Screen entdeckt wurde, spezifisch Expression von eGFP in den larvalen Pilzkörpern treibt. Diese beiden Linien wurden anschließend genutzt, um die Funktionen der Gene Tc-rx, Tc-chx und Tc-six3 in Hinblick auf die Entwicklung des larvalen Zentralkomplexe zu ermitteln. Schließlich wurde mit dieser Arbeit ein Grundstein für die genetische Analysen des larvalen Tribolium Gehirns gelegt.