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Development of a model system to study nuclear OXPHOS gene regulation in the zebrafish
Magdalena Figlmüller
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Biologie
Betreuer*in
Florian Raible
DOI
10.25365/thesis.71274
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-16691.33146.630738-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Eukaryotische Organismen synthetisieren den Großteil der erforderlichen Energie durch oxidative Phosphorylierung (OXPHOS) mithilfe der bigenomisch codierten, mitochondrialen OXPHOS-Maschinerie. Im Normalfall verhindern selektive regulatorische Mechanismen, dass dem Organismus durch das Vorhandensein verschiedener mitochondrialer (mt) OXPHOS-Allele ein Nachteil entsteht. Ob natürliche Variabilität in nuklearen (n) OXPHOS-Genen ähnliche Konsequenzen nach sich zieht, ist jedoch ungewiss. Haben diploide Organismen Selektionsmechanismen entwickelt, um sicherzustellen, dass besser funktionierende Allele vom OXPHOS-System bevorzugt werden? Ziel dieser Masterarbeit war es, ein Tiermodell zu entwickeln, das die Untersuchung Allel-spezifischer nOXPHOS Genkontrolle im Zebrafisch ermöglicht.
RNA-Sequenzierung des heterozygoten Zebrafisch-Stammes WIK deutete auf eine ungleiche Expression der Allele des nOXPHOS Proteins Ndufb7 hin, was Ndufb7 zu einem vielversprechenden Testobjekt macht. Um die biologische Funktion des hochempfindlichen OXPHOS-Systems möglichst wenig zu beeinflussen, gleichzeitig aber die experimentellen Möglichkeiten des Tiermodells zu maximieren, wurden drei verschiedene Strategien getestet: (1) Farbcodierung der beiden ndufb7-Allele durch unterschiedliche Fluorophor-Tags, (2) Unterscheidung zwischen den beiden Allelen durch kurze Epitop-Tags und (3) Mutagenese von ndufb7 (K84>W) um eine kürzlich identifizierte, heterozygote Patientin mit schwerem neuropathologischen Phänotyp zu modellieren.
Im Rahmen dieser Masterarbeit konnte ich zeigen, dass alle drei Strategien technisch durchführbar sind. Meine Ergebnisse legen jedoch nahe, dass Epitop-Tags und in vivo-Mutagenese einer Fluorophor-Markierung zur Untersuchung des nOXPHOS-Gens ndufb7 überlegen sind. Darüber hinaus identifizierte ich bisher unbeschriebene, Zebrafisch-stammabhängige Unterschiede in der Überexpression von synthetischer mRNA. Zusammenfassend liefern die hier beschriebenen Ergebnisse wertvolle Einblicke in technische Aspekte der Tiermodellentwicklung, die über den Kontext der Untersuchung von nOXPHOS-Genregulation im Zebrafisch hinaus von Relevanz sind.
Abstract
(Englisch)
Eukaryotic organisms produce most of the energy required for survival through the bigenomically encoded mitochondrial OXPHOS machinery. While the presence of several mitochondrial (mt)OXPHOS alleles could be detrimental to the organism, tight regulatory machinery is present to limit such outcome. On the other hand, the consequence of natural variability in nuclear (n)OXPHOS genes remains undetermined. Have diploid organisms evolved selection mechanisms to ensure the best fitting alleles are preferred in the OXPHOS system? The aim of this thesis project was to create tools to investigate allele-specific nOXPHOS gene control in the zebrafish model.
RNA sequencing revealed skewed allelic expression of the nOXPHOS subunit Ndufb7 in the heterozygous zebrafish WIK strain, thus making it a promising target. Aiming to minimize the risk of interference with the biological function of the highly sensitive OXPHOS system while maximizing experimental possibilities, I tested the feasibility of three different strategies: (1) color-coding the two ndufb7 alleles by differential fluorophore-tagging, (2) differentiating between the two alleles by short epitope-tagging, and (3) mutagenizing ndufb7 (K84>W) to model a recently identified human patient with severe neuropathological phenotype.
While all three strategies are technically feasible, my results suggest that short epitope-tagging and in vivo mutagenesis are superior to fluorophore-tagging when studying nOXPHOS gene expression. Furthermore, I identified previously undescribed strain-dependent differences in the overexpression of synthetic mRNA. In conclusion, the findings described here provide valuable insights into technical aspects of animal model development that may be relevant beyond the context of studying nOXPHOS gene regulation in the zebrafish.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Zebrafisch OXPHOS NDUFB7
Schlagwörter
(Englisch)
zebrafish OXPHOS ndufb7
Autor*innen
Magdalena Figlmüller
Haupttitel (Englisch)
Development of a model system to study nuclear OXPHOS gene regulation in the zebrafish
Paralleltitel (Deutsch)
Entwicklung eines Modellsystems zur Untersuchung der nuklearen OXPHOS-Genregulierung im Zebrafisch
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
XI, 90 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Florian Raible
AC Nummer
AC16552490
Utheses ID
62512
Studienkennzahl
UA | 066 | 834 | |