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The cellular sources and molecular profiles of stem cells during regeneration of a marine annelid
Alexander Wilhelm Stockinger
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium Naturwissenschaften (Lebenswiss.): Molekulare Biologie
Betreuer*in
Florian Raible
DOI
10.25365/thesis.77567
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-20388.33669.514260-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Regeneration verlorener Körperteile kann in verschiedenen Tierstämmen beobachtet werden, aber inwieweit diese Prozesse auf gemeinsamen oder unterschiedlichen Prinzipien beruhen, bleibt unklar. Um Einblicke in diese Prozesse zu gewinnen, benötigen wir detaillierte Kenntnisse über die beteiligten molekularen und zellulären Prinzipien in geeigneten Referenzmodellen. Durch die Kombination von Einzelzell-RNA-Sequenzierung und in situ Färbungen im marinen Anneliden Platynereis dumerilii habe ich die zellulären und molekularen Mechanismen der posterioren Regeneration erforscht. Ich habe eine in situ Visualisierungstechnik etabliert, die die es ermöglicht, Genexpression, Proteinlokalisierung und Zellteilung gleichzeitig in Ganzpräparaten zu detektieren. Darüber hinaus führte ich die erste Einzelzell-Transkriptomanalyse von adulten Geweben in Platynereis durch und entwickelte neue Strategien für die Dissoziierung und Lagerung von Zellen regenerierender Gewebe, und die Probenahme an mehreren Zeitpunkten der Regeneration. Zusätzlich habe ich eine analytische Strategie erarbeitet, um die gewonnenen Daten in silico zu verarbeiten und zu analysieren. Ich identifizierte zellspezifische Reaktionen auf Verletzungen in Platynereis, wie beispielsweise die Re-Expression von Positionsidentitätsfaktoren nach der Amputation und das Wiederauftreten von Stammzellmerkmalen in mehreren Zellpopulationen während der Blastembildung. Die ektodermale Epidermis und das mesodermale Coelomgewebe tragen über Dedifferenzierung unterschiedliche Gruppen von potenziellen Stammzellen zum entstehenden Blastem bei. Außerdem stellte ich fest, dass TOR-Aktivität für die Wiederherstellung der posterioren Wachstumszone unerlässlich ist, was erste Einblicke in die regulatorischen Mechanismen dieses Prozesses bietet. Die molekularen Faktoren, die der Regeneration in Platynereis zugrunde liegen, wie beispielsweise Transkriptionsfaktoren, Homöobox-Gene und epigenetische Modulatoren, zeigen auffällige Parallelen zu denen in Wirbeltieren. Diese Ergebnisse unterstreichen den Wert des Platynereis-Modells und des von mir generierten Datensatzes für die Aufdeckung potenziell konservierter Mechanismen der Regeneration in dieser und anderen Tierarten.
Abstract
(Englisch)
Regeneration of missing body parts can be observed in diverse animal phyla, but the extent to which extent these processes depend on shared or divergent principles remains unclear. To gain insights into these processes, we require detailed knowledge about the involved molecular and cellular principles in suitable reference models. By combining single-cell RNA sequencing and in situ labelling strategies in the marine annelid Platynereis dumerilii, I uncovered cellular and molecular mechanisms underlying posterior regeneration. I established an in situ visualization technique capable of simultaneously detecting gene expression, protein localization and cell division within whole-mount samples. I also conducted the first single-cell transcriptomic analysis of adult tissues in Platynereis, developing new strategies for cell dissociation, storage, and time-resolved sampling. Additionally, I created an analytical pipeline to process and analyze the acquired data in silico. I identified cell-type specific injury responses in Platynereis, such as the re-expression of positional identity factors following amputation and the re-emergence of stem cell signatures in multiple cell populations during blastema formation. The epidermis and mesodermal coelomic tissues contribute distinct sets of putative stem cells to the emerging blastema, primarily via dedifferentiation. In addition, I found that TOR signaling is essential for re-establishing the posterior growth zone, offering initial insights into the regulatory mechanisms involved in this process. The molecular factors underlying regeneration in Platynereis, including transcription factors, homeobox genes and epigenetic modifiers, exhibit striking parallels to those in vertebrates. These findings highlight the value of the Platynereis model and the dataset I generated for uncovering potentially conserved mechanisms of regeneration across species.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Regeneration Stammzellen Evolution Sequenzierung Molekularbiologie Genetik Transkriptomanalyse anneliden
Schlagwörter
(Englisch)
regeneration stem cells evolution sequencing molecular biology genetics transcriptomics annelids
Autor*innen
Alexander Wilhelm Stockinger 
Haupttitel (Englisch)
The cellular sources and molecular profiles of stem cells during regeneration of a marine annelid
Paralleltitel (Deutsch)
Die zellulären Ursprünge und molekularen Eigenschaften von Stamzellen im Regenerationsprozess eines marinen Anneliden
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
112 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Stephanie Ellis ,
Jordi Solana
AC Nummer
AC17414883
Utheses ID
73613
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 490 |