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Germ cell development and migration

Entwicklung und Migration von Keimzellen

by Jürg Andreas Stebler
Doctoral thesis
Date of Examination:2005-07-12
Date of issue:2005-07-29
Advisor:Prof. Dr. Erez Raz
Referee:Prof. Dr. Erez Raz
Referee:Prof. Dr. Tomas Pieler
Referee:Prof. Dr. Gerhard Braus
crossref-logoPersistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-1290

 

 

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Name:stebler.pdf
Size:33.3Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract

English

Sexually reproducing organisms arise from gametes (sperm and egg), which develop from primordial germ cells (PGCs), a small population of cells that set aside from other cell lineages early in embryonic life in most animal species. A common theme for many species is that the germ cells are specified in regions distinct from the site where the gonad will form. Therefore, PGCs have to migrate from their site of specification towards the region where the gonad develops. Unlike in other organism however, in avian embryos the PGCs use the vascular system as a vehicle to transport them to the region of the gonad where they exit the blood vessels and reach their target. In this thesis, the function of SDF-1 in germ cell migration in the chick and the mouse embryo was studied. sdf-1 mRNA is expressed in locations where PGCs are found and towards which they migrate at the time they leave the blood vessels. Ectopically expressed chicken SDF-1 led to accumulation of PGCs at those positions. In the mouse embryo, SDF-1 is expressed in locations where PGCs are found when these cells transmigrate the hindgut epithelium and migrate towards the genital ridge, but not during earlier stages. This expression based analysis as well as analysis of PGC behaviour in the mouse embryo suggests that similar to our findings in chick, SDF-1 functions during the second phase of PGC migration, but not at earlier phases. While SDF-1 is essential and sufficient for directional migration of PGCs in zebrafish and plays conserved roles in the mouse and chick embryo for germ line migration, PGC motility is independent of SDF-1 signaling. I demonstrate that PGCs requires the function of dead end to be motile. dead end mRNA becomes restricted to the germline during the first hours of development and Dead end protein is localized to the perinuclear granules. Germ cells in Dead end depleted zebrafish embryos are not motile and die by the end of the first day of development resembling cells undergoing apoptosis. Finally, I show that the expression of dead end in the germ plasm or in germ cells is conserved among different vertebrate species.
Keywords: Germ cells; migration

Other Languages

Organismen, welche sich sexuell fortpflanzen, entstehen von Gameten (Spermien und Eier), die sich von primordialen Keimzellen entwickeln. Primordiale Keimzellen bilden eine kleine Zellpopulation, die sich in den meisten Tierspezien früh in der embryonalen Entwicklung spezifizieren in einer distanzierten Region von den Genitalien. Daher wandern die Keimzellen weite Distanzen vom Ort der Entstehung zu ihrem Zielorgan, den Genitalien. In Vogelembryonen dagegen benützen die Keimzellen das vaskuläre System als Transportmittel um in die Region der entwickelnden Genitalien zu gelangen, wo sie die Blutbahn verlassen und in das Zielorgan wandern. In dieser Arbeit wurde die Funktion von SDF-1 in der Keimzellmigration im Embryo des Huhnes und der Maus untersucht. In Entwicklungsstadien wo die Keimzellen die Blutbahn verlassen ist sdf-1 mRNA in Regionen im Embryo gebildet, in welchen die Keimzellen sich befinden oder hinwandern. Die Möglichkeit von SDF-1, die Keimzellen anzuziehen und die Wanderung zu kontrollieren wurde demonstriert bei dessen Potential die Keimzellen zu Regionen im Embryo anzulocken, wo sie normalerweise nicht gefunden werden. In Experimenten in denen SDF-1 an ausgewählten Positionen eingeführt wurde, konnte die Keimzellmigration zu abnormalen Regionen gelenkt werden. Im Mausembryo, sdf-1 ist in Geweben produziert, in welchen die primordialen Keimzellen sich befinden zum Zeitpunkt wenn sie durch das Hinterdarmepithelium und zu den Genitalien wandern, jedoch nicht vor diesen Stadien. Diese expressionsbasierte Analyse in Kombination mit Untersuchungen des Keimzellverhaltens im lebenden Gewebe des Mausembryos deuten zusammen mit analogen Resultaten im Hühnerembryo darauf hin, dass SDF-1 eine Funktion in der zweiten Phase der Keimzellwanderung in diesen Organismen hat, jedoch nicht zuvor. Während SDF-1 Signale essenziell und ausreichend sind für das zielorientierte Migrationsverhalten im Zebrafisch (Danio rerio) und eine konservierte Rolle in den Embryonen des Huhnes und der Maus spielen, ist der Mechanismus der Wanderungsfähigkeit unabhängig von diesem Signalweg. Ich zeige, dass die Funktion von dead end essenziell ist für die Fähigkeit der Keimzellen zu wandern. dead end mRNA wird früh während der Entwicklung spezifisch stabilisiert in den Keimzellen und Dead end Protein lokalisiert zu perinuklearen Komplexen. Keimzellen in Zebrafischembryonen mit reduzierter Dead end-Produktion sind nicht Wanderungsfähig und sterben am Ende des ersten Tages der Entwicklung. Zum Ende dieser Arbeit zeige ich, dass die Lokalisierung bzw. Produktion von dead end im Keimzellplasma bzw. in Keimzellen konserviert ist in verschiedenen Vertebraten.
Schlagwörter: Keimzellen; Migration
 

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