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Temporal control of neural progenitor cell fate by BMP and Sonic Hedgehog Signalling
an optogenetic approach
Dominik Ritzer
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Biologie
Betreuer*in
Anna Kicheva
Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30351.26006.710870-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract
(Deutsch)
Während der Entwicklung spielen Morphogene eine wichtige Rolle in der Kontrolle des Zellschicksals, wie auch der Gewebeentwicklung. Morphogene, die entfernt von ihrem Ziel produziert werden auf das sie wirken, legen zelluläre Schicksale in Abhängigkeit ihrer Konzentration fest. So auch im Neuralrohr, wo die Morphogene Sonic hedgehog (Shh) auf der ventralen Seite, sowie Bone Morphogenetic protein (BMP) auf der dorsalen Seite des Neuralrohres eine zentrale Rolle spielen. Ihre Schlüsselrolle besteht in der Festlegung der Identität der Vorläuferzellen, der Kontrolle der Zellproliferation und der endgültigen Differenzierung. Frühere Publikation haben die Möglichkeit zur Kontrolle dieser Signalwege durch chemische Liganden, genetische Manipulationen oder Mikrofluidik bereits aufgezeigt. Die genannten Methoden haben jedoch den Nachteil eine präzise räumliche und zeitliche Kontrolle dieser beiden Signalwege bis hin zu einer Auflösung auf dem Niveau einer einzelnen Zelle zu erreichen. Um dieses Problem zu bewältigen haben wir uns entschieden einen optogenetischen Ansatz zu entwickeln, der die präzise räumliche und zeitliche Steuerung des Shh und BMP Signalweges bis hin zu einer einzelnen Zelle ermöglicht. Für die Aktivierung des BMP Signalweges, verwendeten wir eine licht-abhängige Dimerisierung von Typ I und Typ II BMP- Rezeptoren. Die Lichtaktivierbarkeit der BMP Rezeptoren wurde durch die Verbindung der intrazellulären Domänen des BMP-Rezeptors mit licht-sensitiven light-oxygen-Voltage (LOV) Domänen erreicht. Für den Shh Signalweg, haben wir uns für die Erstellung einer lichtaktivierbaren Chimäre entschieden. Diese besitzt auf der extrazellulären Seite ein Rhodopsin Rückgrat, auf der intrazellulären Seite die intrazellulären Schleifen von Smoothened (Smo), einem Shh Signalweg Agonisten. Zur Aktivierung des Shh Signalweges kombinierten wir somit, die durch licht anregbare Domäne des Sieben- Transmembran Proteins Rhodopsin mit der intrazellulären Signal Domäne von Smo. Es ist uns bis jetzt noch nicht gelungen die Aktivierung des Shh Signalweges mit unserer optogenetischen Chimäre nachzuweisen. Zu klären ob dies an der Chimäre selbst oder dem Reporter liegt erfordert weitere Experimente. Jedoch ist es uns gelungen in diesem Projekt zu zeigen, dass die Möglichkeit besteht, den BMP Signalweg mit einem optogenetischen Protein, über Dimeriesierung von LOV Domänen zu aktivieren. Aus diesem Grund müsste es möglich sein, die Dimerisierung der LOV Domänen zu verwenden um den BMP Signalweg in Säugetierzellen mit Licht präzise zu steuern. Außerdem besteht die Möglichkeit das optogenetische BMP Konstrukt für die Stammzelldifferenzierung zu testen.
Abstract
(Englisch)
During development cell fate and tissue development are controlled by morphogens- signalling molecules that are produced at a distance from their target. The morphogens Sonic hedgehog (Shh) and Bone morphogenetic protein (BMP) play key roles in the vertebrate neural tube development, in defining cell identities, control of cell proliferation and terminal differentiation. Previous studies have reported methods for controlling these signalling pathways by chemical ligands, genetic manipulations or by microfluidics. However, it is still hard to find a method that allows precise spatial and temporal control of the signalling pathways with single cell resolution. To address this problem, we designed an optogenetic approach for Shh and BMP pathway activation. We used light-dependent dimerization of type I and type II BMP receptors for BMP pathway activation, which was accomplished by fusing the intracellular signalling domains of the BMP receptors to light-sensitive light-oxygen-voltage (LOV) domains. For the Shh pathway, we focused on the seven-transmembrane protein Smoothened (Smo), a pathway agonist. We combined the light sensitive domains of the seven-transmembrane protein Rhodopsin with the intracellular signalling domains of mouse Smo. We were unable to detect Shh pathway activation with our opto-SMO optogenetic tool so far. However, results of this project suggest that it is possible to control the BMP signalling pathway with an optogenetic tool using LOV domains. Therefore, the LOV domain dimerization could be used to control BMP signalling in mammalian cells by light and can be tested in stem cell differentiation into neural progenitors.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
Shh BMP
Schlagwörter
(Deutsch)
Shh BMP
Autor*innen
Dominik Ritzer
Haupttitel (Englisch)
Temporal control of neural progenitor cell fate by BMP and Sonic Hedgehog Signalling
Hauptuntertitel (Englisch)
an optogenetic approach
Publikationsjahr
2017
Umfangsangabe
53 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Anna Kicheva
Klassifikationen
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
42 Biologie > 42.15 Zellbiologie ,
42 Biologie > 42.23 Entwicklungsbiologie
AC Nummer
AC14521563
Utheses ID
44569
Studienkennzahl
UA | 066 | 834 | |
Universität Wien, Universitätsbibliothek, 1010 Wien, Universitätsring 1