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Epithelial morphogenesis, mechanotransduction and the role of cadherins during early development of the sea anemone Nematostella vectensis
Ekaterina Pukhlyakova
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (Dissertationsgebiet: Biologie)
Betreuer*in
Ulrich Technau
DOI
10.25365/thesis.64754
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-24926.94706.661696-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das Auftreten von Vielzellern während der Evolution korreliert mit der Entstehung des Epithels. Während der epithelialen Morphogenese verwandeln sich zweidimensionale Epithelschichten in komplexe dreidimensionale Strukturen. Sie bilden Gewebe, Organe und definieren die Form eines Organismus. Um den evolutionären Ursprung der Epithelbildung und Keimblattbildung besser zu verstehen, ist das Studium der nicht-bilateralen, frühen Eumetazoa von wesentlicher Bedeutung. Die Seeanemone Nematostella vectensis ist eines der beliebtesten Nesseltier-Modellorganismen für Forschung der Entwicklungs- und Evolutionsbiologie.
Um die Epithelstruktur und die Funktion der Zelladhäsion während der Morphogenese von Nematostella zu erklären, habe ich Antikörper gegen Cadherin1 und Cadherin3 generiert und erstmals die subzelluläre Lokalisation, die Proteindynamik und die Funktion der Cadherine während der Embryonalentwicklung bei Cnidaria detailliert beschrieben. Die Ergebnisse zeigen, dass Verbindungen zwischen Zellen sowohl an der apikalen als auch an der basalen Zellseite lokalisiert sind, was das Nesseltier-Epithel unter den Metazoen einzigartig macht. Es ist hervorzuheben, das die Keimschichtbildung bei Nematostella mit einem Cadherin- Switching einhergeht, ähnlich wie bei einigen Bilateria. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass ein Cadherin-Switching im Laufe der Evolution mehrere Male unabhängig voneinander auftrat.
Meine Studien zeigen, dass das Epithel von Nematostella während der Gastrulation von MyosinII abhängige mechanische Kräfte ausübt. Diese erhöhte mechanische Spannung auf die Zellen der Urmundlippe erleichtert die β-catenin-abhängige Brachyury-Expression. Eine ähnliche von β-catenin abhängige mechanosensitive Expression von Transkriptionsfaktoren wurde zuvor für Zebrafische und Drosophila beschrieben. Meine Ergebnisse zeigen erstmals die mechanosensitive Genexpression in Cnidaria. Dies deutet darauf hin, dass die mechanoabhängige Genexpression ein uralter Genregulationsmechanismus ist, welcher der Spaltung von Cnidaria und Bilateria vorausging.
Abstract
(Englisch)
The appearance of multicellular animals during evolution is tightly correlated with the emergence of epithelium. During epithelial morphogenesis two-dimensional epithelial layers convert into complex three-dimensional structures, forming tissues, organs and defining a shape of an organism. To better understand the evolutionary origin of epithelia formation and germ layer establishment, studying of non-bilaterian early- branching Eumetazoa is essential. The starlet sea anemone Nematostella vectensis, became one of the favorite cnidarian model organisms for developmental and evolutionary studies.
To reveal the epithelia structure and function of cell adhesion during Nematostella morphogenesis, I have generated antibodies against Cadherin1 and Cadherin3 and for the first time described in detail the subcellular localization, protein dynamics and function of cadherins during embryo development in Cnidaria. The results show that cell-cell junctions are located at both apical and basal cellular sides, making the cnidarian epithelium unique among Metazoa. Interestingly, germ layer formation in Nematostella is accompanied by a cadherin switching, similar to some Bilateria. The results suggest a cadherin switching appeared independently several times during the evolution.
I have shown that the epithelium exerts myosinII-dependent mechanical forces during Nematostella gastrulation. This increased mechanical tension on the blastopore lip cells facilitates β-catenin-dependent brachyury expression. Similar β- catenin-dependent mechanosensitive expression of transcription factors was previously shown for zebrafish and Drosophila. My results demonstrate the mechanosensitive gene expression in Cnidaria for the first time, suggesting that mechanodependent gene expression is an ancient gene regulatory mechanism predating the split of Cnidaria and Bilateria.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Epithelium Germ layer Gastrulation Cadherin Morphogenesis Cnidaria Nematostella vectensis
Schlagwörter
(Deutsch)
Epithel Keimschicht Gastrulation Cadherin Morphogenese Cnidaria Nematostella vectensis
Autor*innen
Ekaterina Pukhlyakova
Haupttitel (Englisch)
Epithelial morphogenesis, mechanotransduction and the role of cadherins during early development of the sea anemone Nematostella vectensis
Paralleltitel (Deutsch)
Epitheliale Morphogenese, Mechanotransduktion und die Rolle von Cadherinen während der frühen Entwicklung der Seeanemone Nematostella vectensis
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
112 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Carl-Philipp Heisenberg ,
Uri Frank
AC Nummer
AC16127152
Utheses ID
57459
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 437 |