Morphologische und molekulare Untersuchungen zur Rechts-Links-Symmetriebrechung in Hühnerembryonen
Morphological and molecular studies on right-left symmetry breaking in chicken embryos
by Tobias Karl Pieper
Date of Examination:2021-02-25
Date of issue:2021-02-18
Advisor:Prof. Dr. Christoph, Viebahn
Referee:Prof. Dr. Christoph, Viebahn
Referee:Prof. Dr. Rüdiger Behr
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8446
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Abstract
English
Morphologische Asymmetrien entlang der Rechts-Links-Körperachse sind ein weit verbreitetes Phänomen im Tierreich. Bezüglich der Prozesse, die im symmetrisch angelegten Embryo zu den morphologischen Asymmetrien führen, bestehen unterschiedliche Hypothesen. Einerseits könnten rotierende Zilien auf der Oberfläche des sogenannten Rechts-Links-Organisators – ein Gewebe mit der Fähigkeit, morphogenetische Prozesse zu steuern – über einen Flüssigkeitsstrom die initial vorhandene Symmetrie brechen (Zilienstrom-Hypothese). Andererseits wird eine durch Ionenpumpen generierte ungleichmäßige Verteilung der Ionen im frühen Embryo als Ursache der initialen Symmetriebrechung diskutiert (Ionenfluss-Hypothese). Im Huhn fehlen bisher Hinweise auf das Vorhandensein von Zilien auf dem Rechts-Links-Organisator, dem Hensen-Knoten; zur asymmetrischen Ionenverteilung gibt es jedoch vielversprechende Befunde, da sie letztlich, ebenso wie die Positionierung der Zilien in anderen Spezies, durch chirale F-Moleküle bestimmt werden könnte. F-Moleküle zeigen eine intrinsische Chiralität und richten sich an den zuvor etablierten Körperachsen aus. In dieser Arbeit werden zu beiden Hypothesen einerseits licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen und andererseits Expressionsanalysen auf mRNA- und Proteinebene auch nach Unterdrückungs-experimenten in vitro vorgestellt. Zeitrafferaufnahmen von transgenen, GFP-markierten Embryonen bestätigen asymmetrische Zellbewegungen in der Nähe des Hensen-Knotens. Im Knoten werden mit den nodal microcavities (NMC) innere Oberflächen gefunden, die in dieser Arbeit erstmals rasterelektronenmikroskopisch charakterisiert werden: In mit feinen Fibrillen beladene Räume ragen membranumschlossene Fortsätze hinein; jedoch gleicht deren Inneres dem Zytoplasma der umliegenden Zellen und enthält nicht das typische Zytoskelett des Zilienapparates. Unter den immunhistochemischen Färbungen für extrazelluläre Matrixmoleküle liefert der Basalmembranbestandteil Fibronektin die beste Übereinstimmung mit der Verteilung der NMC. Die Zilien-assoziierten Gene Foxj1 und Rechts-Links-Dynein sparen mit ihren Expressionsdomänen den Hensen-Knoten aus, während die Untereinheiten der H+/K+- ATPase ATP4, die für die asymmetrische Ionenverteilung zuständig sein soll, in einer symmetrischen Verteilung auftreten. Die Untersuchungen zur Membrandepolarisation ergaben sowohl symmetrische Muster als auch stärker linksseitig und stärker rechtsseitig betonte Depolarisationsmuster. Die pharmakologische Unterdrückung der ATP4 resultierte für die Gene Foxj1 und Nodal, den Marker für die molekulare Symmetriebrechung, in einer normalen Expression. Insgesamt ergaben sich in dieser Arbeit demzufolge weder morphologische noch molekulare Hinweise auf das Vorkommen motiler Zilien im Bereich des Rechts-Links-Organisators. Ebenso konnten die Daten zur Ionenfluss-Hypothese die publizierten Hinweise auf einen kausalen Zusammenhang zwischen der Ionenpumpe ATP4 und der Rechts-Links-Symmetriebrechung nicht bestätigen. Allerdings eröffnen die NMC neue Perspektiven für die Rechts-Links-Symmetriebrechung, weil sie Fibronektin enthalten, das als Speicher für die morphogenen Signale des Hensen-Knotens als Rechts-Links-Organisator dienen könnte.
Keywords: left-right symmetry breaking, chicken embryo