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Regulation and function of conserved Platynereis hormones

Elisabeth Steinkellner

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Zentrum für Molekulare Biologie

Betreuer*in

Florian Raible

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DOI

10.25365/thesis.23359

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29311.54611.468861-5

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Platynereis dumerilii ist zu einem wichtigen Modelsystem geworden um Evolution, Neurobiolgie oder vergleichende Genomik zu studieren. Die Fortpflanzung erfolgt durch externe, synchrone Massenbefruchtung, welche durch die zirkalunare Uhr gesteuert wird. Außerdem besitzen sie einen zirkadianen Rhythmus um tägliche Umweltveränderungen zu bewältigen. Dieser besteht im Wesentlichen aus drei Teilen: 1)Input Wege 2)Uhr oder Oszillator 3)Output Wege. Etliche molekulare Bestandteile dieses zirkadianen Systems wurden bereits in Platynereis identifiziert, unter anderem auch zwei wichtige output Moleküle der zirkadianen Uhr: Melatonin und „pigment dispersing factor“ (PDF). PDF wurde ursprünglich in Crustaceaen entdeckt, wo es den typischen Farbwechsel steuert. Später wurde es auch in Drosophila gefunden, wo es ein wichtiger output Faktor der zirkadianen Uhr ist und auch auf diese rückwirkt. Das Ziel dieser Studie war es, die Rezeptoren von Melatonin und PDF zu untersuchen, da dies Aufschluss über die Regulation und Zielgewebe dieser Hormone geben kann. Außerdem wurde die Funktion von PDF in Platynereis analysiert um zu sehen, ob es einen Einfluss auf die Pigmentierung hat oder ob es ein wichtiger Faktor im zirkadianen System ist. Ich habe einen zweiten Melatoninrezeptorkandidat (MelR2) kloniert und ihn gemeinsam mit dem Melatoninrezeptorkandidat 1 (MelR1) auf seine Liganden-Bindungseigenschaften untersucht, aber es konnten keine eindeutigen Ergebnisse ermittelt werden. Mittels in situ Hybridisierung konnte ich MelR2 in Ziliargeweben in embryonalen Stadien nachweisen. Da er aber nicht im Nervengewebe exprimiert wird, könnte er für andere Funktionen zuständig sein als MelR1. Zusätzlich konnte ich die Sequenz des PDF Rezeptors (pdfr) verlängern und durch qPCR zeigen, dass der Rezeptor auf RNA Ebene konstant exprimiert wird. Immunfärbung unreifer Würmer gab erste Hinweise, dass es zirkadiane Unterschiede in der Expression von PDF gibt, was zu der Annahme führt, dass es wahrscheinlich durch die zirkadiane Uhr gesteuert wird. Synthetisches PDF wurde in Würmer injiziert um zu sehen, ob es auf die zirkadiane Uhr wirkt oder die Pigmentierung beeinflusst. Es konnten aber keine direkten Effekte auf die Expression der „clock“ Gene oder auf die Pigmente festgestellt werden. Unklar ist jedoch, ob das injizierte PDF vom Blutsystem aufgenommen wurde und ob die Konzentration hoch genug war um Veränderungen zu bewirken. Es ist daher noch weitgehend unklar welche Rolle PDF in Platynereis hat und es benötigt weitere Experimente um mehr über die Funktion und Regulation dieses Hormons herauszufinden.

Abstract

(Englisch)

Platynereis dumerilii has become an important model system for studying evolution, neurobiology or comparative genomics. It depends on external fertilization via synchronous mass spawning which is controlled by the circalunar clock. Besides, they possess a circadian rhythm to cope with daily changes of the environment. Circadian rhythms consist basically of three parts: 1)input pathways 2)clock or oscillator 3)output pathways. Several molecular components of the circadian system have already been identified in Platynereis. Among those are two major output molecules of the circadian clock: Melatonin and pigment dispersing factor (PDF). PDF was originally discovered in crustaceans, where it controls colour change. Later it was also found in Drosophila where it is an output factor of the circadian clock but also feeds back on it. The aim of this study was to investigate the receptors of melatonin and PDF as this might shed more light into the regulation and target tissues of these hormones. Additionally the function of PDF in Platynereis was analysed to see if it influences pigmentation or if it is an important key player of the circadian rhythm. I cloned a second melatonin receptor candidate (MelR2) and analysed it together with melatonin receptor candidate 1 (MelR1) its ligand-binding properties. However, no clear statement can be made concerning their binding properties. In situ hybridization revealed that the second melatonin receptor candidate is expressed in the ciliary tissues in embryonal stages. As it is not expressed in nervous tissue, the second receptor candidate might mediate different functions of melatonin than MelR1. Additionally, I elongated the pdfr sequence and via qPCR I could show that there is no daily cycling on RNA level. Immunostaining of immature worms gave first hints that there are circadian differences in PDF protein levels, which lead us to the assumption that it might be regulated by the circadian clock. Synthetic PDF was injected into immature worms to see if it feeds back on clock genes or influences pigment size. No direct effects of the injected PDF on clock genes or pigmentation could be detected. However, it is unclear if the injected PDF is taken up by the blood stream and if the concentration was high enough to cause effects. Nevertheless subsequent studies showed that the pigmentation is influenced by the circadian clock and not just by light. Summarizing, the role of PDF in Platynereis is still not completely clear and further experiments have to be performed to shed more light into its function and regulation.

Autor*innen

Elisabeth Steinkellner

Haupttitel (Englisch)

Regulation and function of conserved Platynereis hormones

Paralleltitel (Deutsch)

Regulation und Funktion konservierter Hormone von Platynereis

Publikationsjahr

2012

Umfangsangabe

129 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Florian Raible

Klassifikationen

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,

42 Biologie > 42.20 Genetik ,

42 Biologie > 42.21 Evolution ,

42 Biologie > 42.23 Entwicklungsbiologie ,

42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie ,

42 Biologie > 42.79 Invertebrata: Sonstiges

AC Nummer

AC11034467

Utheses ID

20893

Studienkennzahl

UA | 441 | | |

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