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Lineage tracing of SoxC expression in Nematostella vectensis using the KAEDE photoconvertible fluorophore
Robert Reischl
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Biologie
Betreuer*in
Ulrich Technau
DOI
10.25365/thesis.63126
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-16303.07378.649364-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Cnidaria werden zunehmend beliebter als Modellorganismen zur Erforschung der Evolution von Stammzellen und in der Entwicklungsbiologie eingesetzt. In der Medusozoan Hydra gibt es i-cells, dedizierte Stammzellen, aus denen neuronale Zelltypen, Drüsenzellen sowie Gameten hervorgehen. In der basalverzweigten Anthozoa Nematostella wurde bisher noch keine Stammzellpopulation identifiziert. Zum cell lineage tracing von konservierten Stammzell- und Pluripotenzfaktoren, die in Nematostella identifiziert wurden, werden häufig fluoreszierende reporter lines eingesetzt.
Um den Ursprung von differenzierten Zelltypen herzuleiten werden transgene Linien erzeugt welche fluorophore wie GFP und mCherry zusammen mit einem putativen Stammzelltranskriptionsfaktor exprimieren. Auf Grund der Stabilität dieser Fluorophore tragen die differenzierten Zellen auch nach der Repression des Transkriptionsfaktors noch ein Fluoreszenzsignal mit sich. Die Stabilität der Fluorophore erlaubt so ein sichtbar machen der Zelltypen die aus einer bestimmten Vorläufer-/Stammzellpopulation hervorgehen.
Diese Stabilität vermindert die zeitliche Auflösung weshalb in dieser Studie der KAEDE-Fluorophor getestet und eingesetzt wurde. Dieser Fluorophor ist mittels UV-Licht irreversible von grüner zu roter Emission konvertierbar. Daher können Transkriptionsfaktoren hinsichtlich ihrer aktuellen Expression/Repression in den Zellen untersucht werden.
Mit dem Promotor des NvSoxC-Gens als Treiber, soll der KAEDE-fluorophor hinsichtlich seiner Eignung für cell lineage tracing untersucht werden. Neueste single-cell Daten haben gezeigt, dass das Hydra-Homolog HvSoxC während der Differenzierung i-cells aktiv ist. In Nematostella ist NvSoxC in neuronalen und Drüsenzellen aktiv, die zu denselben Zelltypen gehören wie diejenigen, die von i-cell in Hydra stammen.
Unsere Ergebnisse zeigen, dass das KAEDE-System ein praktikabler Ansatz für lineage-tracing in Nematostella ist. Die Helligkeit und Stabilität des nativen sowie des photokonvertierten Fluorophors ermöglicht eine Vielzahl von In-vivo Experimenten. Die zusätzliche zeitliche Auflösung ermöglichte es, einen Entwicklungszeitverlauf für neuronale Zelltypen in Nematostella zu modellieren. Single-Cell Datenermöglichten eine Verfeinerung dieses Modells. Wir schließen daraus, dass NvSoxC eine Rolle als Differenzierungstranskriptionsfaktor in neuronalen Vorläuferzellen in Nematostella hat. Diese Daten unterscheiden sich von HvSoxC, da NvSoxC auch in reifen Neuronen exprimiert wird, anstatt ausschließlich in differenzierenden Neuronen.
Abstract
(Englisch)
Cnidarians have gained popularity as a model phylum to investigate the evolution of stem cells and developmental biology. In the medusozoan Hydra, i-cells are dedicated stems cells giving rise to neuronal cell-types, gland cells as well as gametes. In the basally-branching anthozoan Nematostella a stem cell population remains yet to be identified. Cell lineage tracing of conserved stem-cell and pluripotency factors found in the Nematostella using fluorescent reporter lines is an established method.
Common fluorophores like GFP and mCherry being co-expressed with a putative stem cell transcription factor can be used to deduce the origin of a differentiated cells due to the fluorophore outliving the activation and suppression of the promotor. While the stability of the fluorophore might be an advantage for certain questions in lineage tracing might by a disadvantage for others due to the lack of temporal resolution. The photoconvertible KAEDE fluorophore states a novel approach for lineage tracing by enabling the non-reversible conversion of the fluorophore from green to red emission. Therefore, transcription factors can be investigated regarding their current activity in cells adding temporal information to lineage tracing.
To investigate the usability of the KAEDE fluorophore for lineage tracing in Nematostella we chose the promoter of the NvSoxC gene to drive KAEDE expression. Latest single-cell data have shown that the Hydra homolog HvSoxC is expressed during the differentiation of cells which originate from i-cells. In Nematostella NvSoxC is active in neuronal and glandular cells which belong to the same cell types as those generated by i-cells in Hydra.
Our results show that the KAEDE system is a feasible approach for lineage tracing in Nematostella. The brightness and stability of the native as well as of the photoconverted fluorophore offer a variety of in vivo experiments in the rather translucent animals. The additional temporal resolution gained by the photo-convertibility of the fluorophore allowed us to hypothesise a developmental time course for neuronal cell types in Nematostella. These data augmented with single cell data allowed a refinement of the lineage tracing. We conclude that NvSoxC is likely to have a role as differentiation transcription factor in neuronal precursor cells in Nematostella. These data differ from the HvSoxC as NvSoxC seems to be expressed also in mature neurons instead of differentiating neurons only.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
SoxC Sox Nematostella KAEDE
Schlagwörter
(Deutsch)
SoxC Sox Nematostella KAEDE
Autor*innen
Robert Reischl
Haupttitel (Englisch)
Lineage tracing of SoxC expression in Nematostella vectensis using the KAEDE photoconvertible fluorophore
Paralleltitel (Deutsch)
Lineage Tracing der SoxC-Expression in Nematostella vectensis unter Verwendung des photokonvertierbaren KAEDE-Fluorophores
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
72 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Ulrich Technau
AC Nummer
AC15694659
Utheses ID
55995
Studienkennzahl
UA | 066 | 834 | |