TY  - THES
A1  - Reuter, Isabel
T1  - Development and function of monoaminergic systems in the brain of zebrafish
T1  - Entwicklung und Funktion monoaminerger Systeme im Zebrafischgehirn
N2  - This thesis explores the development of monoaminergic systems in the central nervous system (CNS) of zebrafish. The serotonergic cells of the hypothalamus pose the main focus of the present work. Most vertebrates except for mammals possess serotonin (5-HT) synthesising cells in more than one region of the CNS. In zebrafish such regions are, e.g. the hypothalamus, the raphe nuclei and the spinal cord. Serotonin functions as a neurotransmitter and neuromodulator in the CNS. Presumably due to its neuromodulatory tasks hypothalamic serotonergic cells are in contact with the cerebrospinal fluid (CSF), which expands the field of potential serotonergic targets tremendously. This highlights that serotonergic CSF-contacting (CSF-c) cells are vital for the execution of many functions and behaviours. Further, the hypothalamic serotonergic clusters constitute the largest population of serotonergic cells in the CNS of zebrafish. Together, these facts emphasise the need to understand the development and function of serotonergic CSF-c cells in the hypothalamus. Few studies have dealt with this subject, hence, information about the development of these cells is scarce. The zinc-finger transcription factor fezf2, and Fibroblast growth factor (Fgf)-signalling via the ETS-domain transcription factor etv5b are known to regulate serotonergic cell development in the hypothalamus (Bosco et al., 2013; Rink and Guo, 2004). However, the main Fgf ligand responsible for this mediation has not been determined prior to this work. The present thesis identifies Fgf3 as a crucial Fgf ligand. To achieve this result three independent strategies to impair Fgf3 activity have been applied to zebrafish embryos: the fgf3t24152 mutant, an fgf3 morpholino-based knock-down and the CRISPR/Cas9 technique. The investigations show that Fgf3 regulates the development of monoaminergic CSF-c cells in the hypothalamus. Additionally, Fgf3 impacts on cells expressing the peptide hormone arginine vasopressin (avp). Most interestingly, the requirement for Fgf3 by these cells follows a caudo-rostral gradient with a higher dependence on Fgf3 by caudal cells. This also seems to be the case for dopaminergic CSF-c cells in the hypothalamus (Koch et al., 2014). Moreover, etv5b a downstream target of Fgf-signalling is demonstrated to be under the control of Fgf3. With regard to serotonergic CSF-c cell development, it is shown that fgf3 is expressed several hours before tph1a and 5-HT (Bellipanni et al., 2002; Bosco et al., 2013). Together with the result that the hypothalamus is already smaller before mature serotonergic CSF-c cells appear, this argues for an early impact of Fgf3 on serotonergic specification. This hypothesis is supported by several findings in this study: the universal decrease of proliferating cells in the hypothalamus and simultaneous increase of cell death after fgf3 impairment. Complementary cell fate experiments confirm that proliferating serotonergic progenitors need Fgf3 to commit serotonergic specification. Further, these results corroborate findings of an earlier study stating that hypothalamic serotonergic progenitors require Fgf-signalling via etv5b to maintain the progenitor pool (Bosco et al., 2013). Additionally, the transcriptome of the hypothalamus has been analysed and 13 previously overlooked transcripts of Fgf ligands are expressed at developmental stages. The transcriptome analysis provides evidence for a self-compensatory mechanism of fgf3 since expression of fgf3 is upregulated as a consequence of its own impairment. Moreover, the Fgf-signalling pathway appears to be mildly affected by fgf3 manipulation. Together, Fgf-signalling and especially Fgf3 are established to be of critical importance during hypothalamic development with effects on serotonergic, dopaminergic CSF-c and avp expressing cells. Furthermore, this thesis provides two strategies to impair the tph1a gene. Both strategies will facilitate investigations regarding the function of hypothalamic serotonergic CSF-c cells. Finally, the presented findings in this study provide insights into the emergence of the posterior recess region of the hypothalamus, thereby, contributing to the understanding of the evolution of the vertebrate hypothalamus.
N2  - Die vorliegende Dissertation untersucht die Entwicklung und Funktion monoaminerger Systeme im Zebrafischgehirn. Hierzu konzentriert sich die Studie hauptsächlich auf die serotonergen Zellen des Hypothalamus. Die meisten Vertebraten, außer Säugetiere, besitzen Serotonin (5-HT)-synthetisierende Zellen in mehr als einer Region im zentralen Nervensystem (ZNS). Solche Zellen lassen sich in Zebrafischen unter anderem im Hypothalamus, den Raphe Kernen und dem Rückenmark finden. Im ZNS agiert 5-HT als Neurotransmitter und als Neuromodulator. Es wird vermutet, dass, aufgrund der neuromodulatorischen Aufgaben des 5-HT, serotonerge Zellen mit ihren Vorsätzen mit der Cerebrospinalflüssigkeit (CSF) in Kontakt stehen, wodurch der Wirkungsbereich dieser Zellen enorm vergrößert wird. Dies betont den weitläufigen Einfluss serotonerger CSF-kontaktierender (CSF-k) Zellen auf vielfältige Funktionen und Verhalten. Zudem bilden serotonerge Zellen des Hypothalamus die größte serotonerge Zellpopulation im ZNS des Zebrafisches. Zusammengefasst heben diese Fakten die Notwenigkeit hervor, die Entwicklung und die Funktion serotonerger Zellen im Hypothalamus genauer zu verstehen. Nur wenige Studien haben sich dieser Thematik bisher angenommen, weshalb Erkenntnisse über diese Zellen rar sind. Bereits bekannt ist, dass der Zinkfinger-Transkriptionsfaktor fezf2 und der Fibroblasten-Wachstumsfaktor (Fgf)-Signaltransduktionsweg über den ETS-Domäne-Transkriptionsfaktor etv5b Einfluss auf die Entwicklung serotonerger CSF-k Zellen des Hypothalamus nehmen (Bosco et al., 2013; Rink and Guo, 2004). Allerdings ist der Fgf-Ligand, der die Entwicklung serotonerger CSF-k Zellen reguliert, noch nicht bekannt. Die vorliegende Arbeit identifiziert Fgf3 als einen Schlüsselliganden in diesem Zusammenhang. Hierfür wurden drei unabhängige Strategien zur Beeinträchtigung der Fgf3-Aktivität in Zebrafischembryos angewendet: die fgf3t24152 Mutante, ein Morpholino-basierter fgf3 Gen-Knockdown und die CRISPR/Cas9-Methodik. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass Fgf3 die Entwicklung monoaminerger CSF-k Zellen des Hypothalamus maßgeblich reguliert. Zusätzlich beeinflusst Fgf3 auch die Genexpression des Peptidhormons arginine vasopressin (avp) in dieser Region. Interessanterweise sind caudale avp exprimierende Zellen abhängiger von Fgf3 als rostrale. Dies scheint auch der Fall für dopaminerge Zellpopulationen des Hypothalamus zu sein (Koch et al., 2014). Des Weiteren wird demonstriert, dass Fgf3 über den Fgf-Signalweg die Expression von etv5b kontrolliert. Bezüglich der Entwicklung serotonerger CSF-k Zellen wird gezeigt, dass die fgf3 Expression bereits einige Stunden vor tph1a und 5-HT im caudalen Hypothalamus vorhanden ist (Bellipanni et al., 2002; Bosco et al., 2013). Zusammen mit dem Ergebnis, dass die nkx2.4b Expressionsdomäne, die zur Kenntlichmachung des Hypothalamus verwendet wurde, ebenfalls in früheren Entwicklungsstadien eine verringerte Größe aufweist, führt dies zu der Annahme, dass Fgf3 Auswirkungen auf die serotonerge Zellspezifikation hat. Diese Hypothese wird durch folgende Beobachtungen in dieser Arbeit unterstützt: Proliferierende Zellen des gesamten caudalen Hypothalamus sind mehrheitlich reduziert nachdem fgf3 beeinträchtigt wurde, gleichzeitig ist der Zelltod erhöht. Des Weiteren wird gezeigt, dass serotonerge Vorläuferzellen Fgf3 benötigen, um einer serotonergen Spezialisierung zu folgen. Die beschriebenen Beobachtungen untermauern die Ergebnisse einer früheren Studie, wonach der Fgf-Signalweg und etv5b wichtige Rollen für die Erhaltung der Proliferation von serotonergen Vorläuferzellen einnehmen (Bosco et al., 2013). Zusätzlich werden durch die durchgeführte Transkriptomanalyse 13 zuvor übersehene Fgf Liganden identifiziert, die im Hypothalamus exprimiert werden. Die Transkriptomanalyse zeigt zudem, dass die Beeinträchtigung von fgf3 zu einer Zunahme der fgf3 Transkript Anzahl führt, weshalb ein Selbstkompensationsmechanismus von fgf3 vorzuliegen scheint. Komponenten des Fgf-Signalweges unterliegen geringen Veränderungen nach der Manipulation von fgf3. Zusammenfassend wird in dieser Dissertation der Ligand Fgf3 als essentieller Faktor für die Entwicklung des Hypothalamus etabliert. Dies wird durch die Fgf3 Abhängigkeit von serotonergen, dopaminergen CSF-k und avp exprimierenden Zellen in dieser Region bestätigt. Des Weiteren werden in dieser Arbeit zwei Strategien für die Beeinträchtigung von tph1a präsentiert, die Untersuchungen bezüglich der Funktion serotonerger CSF-k Zellen des Hypothalamus ermöglichen. Abschließend erlauben die Ergebnisse neue Einblicke in die Entwicklung der Region um den posterioren Ventrikelrezess des Hypothalamus. Dies trägt dazu bei, das Verständnis über die Evolution des Hypothalamus von Vertebraten zu erweitern.
KW  - Hypothalamus
KW  - Zebrabärbling
KW  - fgf
KW  - Serotonin
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-204089
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dill, Holger
T1  - Functional characterization of the microRNA-26 family in zebrafish neurogenesis
T1  - Funktionelle Charakterisierung der microRNA-26 Familie während der Zebrafisch Neurogenese
N2  - Formation oft the central nervous system (CNS) from multipotent neuronal stem cells (NSCs) requires a tightly controlled, step-wise activation of the neuronal gene expression program. Expression of neuronal genes at the transition from neural stem cell to mature neuron (i. e. neuronal cell differentiation) is controlled by the Repressor element 1 (RE1) silencing transcription factor (REST) complex. As a master transcriptional regulator, the REST-complex specifically inhibits expression of neuronal genes in non-neuronal tissues and neuronal progenitor cells. Differentiation of NSCs to mature neurons requires the activation of genes controlled by the REST-complex, but how abrogation of REST-complex mediated repression is achieved during neurogenesis is only poorly understood. MicroRNAs (miRNAs) are a class of small regulatory RNAs that posttranscriptionally control target gene expression. Binding of miRNAs to target sequences in the 3’UTR of mRNAs, leads either to degradation or translational inhibition of the mRNA. Distinct neuronal miRNAs (e.g. miR-124) were shown to modulate REST-complex activity by silencing expression of REST-complex components. Interestingly, these miRNAs are also under transcriptional control of the REST-complex and inactivation of the REST-complex precedes their expression. Hence, additional factors are required for derepression of neuronal genes at the onset of neurogenesis. In this study function of the miR-26 family during neurogenesis of the zebrafish (Danio rerio) was analyzed. Computational target prediction revealed a number of REST-complex components as putative miR-26 targets. One of these predicted target genes, the C-terminal domain small phosphatase 2 (Ctdsp2) was validated as an in vivo target for miR-26b. Ctdsps are important cofactors of REST and suppress neuronal gene expression by dephosphorylating the C-terminal domain (CTD) of RNA polymerase II (Pol II). Interestingly, miR-26b is encoded in an intron of the ctdsp2 primary transcript and is cotranscribed together with its host gene. Hence, miR-26b modulates expression of its host gene ctdsp2 in an intrinsic negative autoregulatory loop. This negative autoregulatory loop is inactive in NSCs because miR-26b biogenesis is inhibited at the precursor level. Generation of mature miR-26b is activated during neurogenesis, where it suppresses Ctdsp2 protein expression and is required for neuronal cell differentiation in vivo. Strikingly, miR-26b is expressed prior to miR-124 during neuronal cell differentiation. Thus, it is reasonable to speculate about a function of miR-26b in early events of neurogenesis. In line with this assumption, knockdown of miR-26b in zebrafish embryos results in downregulation of REST-complex controlled neuronal genes and a block in neuronal cell differentiation, most likely due to aberrant regulation of Ctdsp2 expression. This is evident by reduced numbers of secondary motor neurons compared to control siblings. In contrast, motor neuron progenitor cells and glia cells were not affected by depletion of miR-26b.This study identifies the ctdsp2/miR-26b autoregulatory loop as the first experimentally validated interaction between an intronic miRNA and its host gene transcript. Silencing of ctdsp2 by miR-26b in neurons is possible because biogenesis of the ctdsp2 mRNA and mature mir-26b is uncoupled at the posttranscriptional level. Furthermore the obtained data indicate a cell type specific role for miR-26b in vertebrate neurogenesis and CNS development.
N2  - Die Entwicklung des Zentralen Nervensystems (ZNS) aus multipotenten neuronalen Stammzellen erfordert eine stufenweise und genau regulierte Aktivierung der neuronalen Genexpression. Bei der Differenzierung neuronaler Stammzellen zu Neuronen wird die Expression neuronaler Gene durch den sogenannten „Repressor element 1 (RE1) silencing transcription factor (REST)”-Komplex gesteuert. Der REST-Komplex unterdrückt spezifisch in proliferierenden neuronalen Vorläuferzellen die Expression neuronaler Gene. Während der neuronalen Zelldifferenzierung wird die Expression dieser Gene jedoch benötigt. Wie die Inaktivierung neuronaler Gene durch den REST-Komplex während des Prozesses der Neurogenese aufgehoben wird ist bislang nicht genau bekannt. MicroRNAs (miRNAs) sind kleine regulatorische RNAs, die die Expression ihrer Zielgene auf posttranskriptioneller Ebene regulieren. Dazu binden miRNAs an Zielsequenzen in 3’UTRs von mRNAs, was zu einer Inhibition der Translation oder Abbau der mRNA führt. Auch Komponenten des REST-Komplexes stehen unter Kontrolle bestimmter neuronaler miRNAs (z.B. miR-124). Erstaunlicherweise stehen diese miRNAs selber wiederum unter der transkriptionellen Inhibition des REST-Komplexes und können daher nicht für die Inaktivierung des REST-Komplexes zu Beginn der Neurogenese verantwortlich sein. Übereinstimmend damit konnte beobachtet werden, dass der REST-Komplex aus differenzierenden Zellen entfernt wird, bevor die genannten neuronalen miRNAs exprimiert werden. Diese Umstände legen die Existenz weiterer, bis jetzt unbekannter Faktoren nahe, die die Expression des REST-Komplexes selber inhibieren und so die Neurogenese erlauben Im Rahmen dieser Dissertation wurde die Funktion der miR-26 Familie während der Neurogenese des Zebrafisches (Danio rerio) untersucht. Eine bioinformatische Zielgenvorhersage für die miR-26 Familie ergab, dass unter anderem zahlreiche bekannte Komponenten des REST-Komplexes unter den Kandidatengenen sind. Für eines dieser vorhergesagten Zielgene, die sogenannte „C-terminal domain small phosphatase 2 (Ctdsp2)” wurde daraufhin gezeigt, dass seine Expression in der Tat durch die miR-26b inhibiert wird. Ctdsps sind wichtige Kofaktoren des REST-Komplexes und unterdrücken die Expression neuronaler Gene, indem die die C-terminale Domäne (CTD) der RNA Polymerase II dephosphorylieren und diese dadurch inaktivieren. In diesem Zusammenhang von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, dass die miR-26b in einem Intron des ctdsp2 Gens kodiert ist und mit ctdsp2 zusammen transkribiert wird. Folglich beeinflusst die miR-26b die Expression ihres eigenen „Host genes“ in einer Art autoregulativer Rückkopplungsschleife. Die beschriebene negative Regulation ist in neuronalen Stammzellen nicht aktiv, da dort die Biogenese der miR-26b auf Vorläuferebene angehalten wird. Reife miR-26b wird erst während der Neurogenese produziert, wo sie daraufhin die Expression von Ctdsp2 Protein verhindert. Während der neuronalen Zelldifferenzierung wird die miR-26b deutlich früher exprimiert als zum Beispiel die miR-124. Daher liegt es nahe eine Funktion der miR-26b während früher Prozesse in der Neurogenese anzunehmen. In Übereinstimmung mit dieser Annahme führt ein „Knockdown“ der miR-26b zu einer schwächeren Expression von neuronalen Genen, die unter der Kontrolle des REST-Komplex stehen. Weiterhin führt ein reduziertes Maß an miR-26b zu fehlerhafter oder gänzlich ausbleibender neuronaler Zelldifferenzierung. Dies konnte anhand einer verringerten Anzahl differenzierter spinaler Motorneuronen aufgezeigt werden. Die Vorläufer dieser Motorneuronen und Gliazellen waren hingegen vom miR-26b-„Knockdown“ nicht beeinflusst. Die hier präsentierte Studie zeigt erstmals in experimenteller Weise das Vorhandensein einer direkten Interaktion zwischen einer intronischen miRNA und ihrem eigenen Primärtranskript. Die negative Regulation der Ctdsp2 Expression in Neuronen wird erst dadurch möglich, dass die Biogenese der ctdsp2 mRNA und der reifen miR-26b durch einen posttranskriptionellen Mechanismus voneinander getrennt werden. Weiterhin legen die Daten aus dieser Studie nahe, dass die miR-26b in der Tat eine spezifische Funktion in der Entwicklung des ZNS von Vertebraten hat.
KW  - Zebrabärbling
KW  - Neurogenese
KW  - miRNS
KW  - Zelldifferenzierung
KW  - miR-26b
KW  - ctdsp2
KW  - REST
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70757
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gan, Qiang
T1  - Investigation on Distinct Roles of Smad Proteins in Mediating Bone Morphogenetic Proteins Signals
T1  - Untersuchung auf Unterschiedliche Rollen von Smad Proteinen in der Signalübertragung der Knochenmorphogenetischen Proteine
N2  - Knochenmorphogenetische Proteine (engl. Bone morphogenetic Proteins, BMPs) sind eine Bestandteil von transforming growth factor-β (TGF-β)-Superfamilie und spielen wichtige Rollen in zahlreichen biologischen Ereignissen in der Entwicklung fast aller mehrzelligen Organismen. Fehlregulierte BMP-Signalweg ist die zugrunde liegenden Ursachen von zahlreichen erblichen und nicht erblichen Krankheiten wie Krebs. Die von BMP induziete breite Palette von biologischen Reaktionen konvergiert auf drei eng verwandten Smad Proteine. Sie vermitteln intrazelluläre Signale von BMP-Rezeptoren in den Zellkern. Die Spezifität des BMP-Signalwegs wurde intensiv auf der Ebene der Ligand-Rezeptor-Wechselwirkungen erforscht, aber, wie die verschiedenen Smad Proteine die durch BMPs hervorgerufen differenziellen Signale beitragen, bleibt unklar. In dieser Arbeit haben wir die BMP / Smad Signalweg in verschiedenen Aspektenuntersucht. Auf der Suche nach einem geeigneten Fluoreszenz-Reporter im Zebrafisch, verglichen wir verschiedene photo-schaltbaren Proteine und fand EosFP der beste Kandidat für diesen Modellorganismus im Bezug auf seine schnelle Reifung und Fluoreszenz-Intensität. Wir haben durch molekulare Modifizierung geeignete Vektoren erstellt, die Tol2-Transposon basieren trangenesis im Zebrafisch zu ermöglichen. Damit wurden schließlich transgenzebrafisch-Linien erzeugt. Wir kombinierten Fluoreszenz-Protein-Tagging mit hochauflösender Mikroskopie und untersuchten die Dynamik der Smad-Proteine in Modellsystem Zebrafisch. Es wurde beobachteten, dass Smad5 Kern-Translokation erfährt, als BMP Signalgeber bei Zebrafisch Gastrulation. Wir erkundeten die Beteiligung der Smad Proteine während der Myogenese-zu-Osteogenese Umwandlung von C2C12 Zelllinie, die durch BMP4 induziert wurde. Mit siRNA versuchten wir die endogene Smad Proteine niederzuschlagen, wobei die Auswirkungen auf diesen gekoppelten noch unterschiedlichen Verfahren durch quantitative real-time PCR und Terminal-Marker Färbung ausgewertet. Wir spekulieren, dass verschiedene Smad-Komplex Stöchiometrie für unterschiedliche durch BMPs hervorgerufe zelluläre Signale verantwortlich sein könnte.
N2  - Bone morphogenetic proteins (BMPs) belong to the transforming growth factor-β (TGF-β) superfamily and play important roles in numerous biological events in the development of almost all multi-cellular organisms. Dysregulated BMP signaling is the underlying causes of numerous heritable and non-heritable human diseases including cancer. The vast range of biological responses induced by BMPs converges on three closely related Smad proteins that convey intracellular signals from BMP receptors to the nucleus. The specificity of BMP signaling has been intensively investigated at the level of ligand-receptor interactions, but how the different Smad proteins contribute to differential signals elicited by BMPs remains unclear. In this work, we investigated the BMP/Smad signaling in different aspects. In search for an appropriate fluorescence reporter in zebrafish, we compared different photo-switchable proteins and found EosFP the best candidate this model system for its fast maturation and fluorescence intensity. We modified and created appropriate vectors enabling Tol2-transposon based trangenesis in zebrafish, with which transgenic zebrafish lines were generated. We combined fluorescence protein tagging with high resolution microscopy and investigate the dynamics of Smad proteins in model system zebrafish. We observed that Smad5 undergoes nucleo-translocation as BMP signal transmitter during zebrafish gastrulation. We explored the Smad involvement during myogenic-to-osteogenic conversion of C2C12 cell line induced by BMP4. We created transient loss-of-function of Smads by siRNA-mediated knockdowns and analyzed the effects on these coupled yet distinct procedures by quantitative real-time PCR and terminal marker staining. We found that different Smad-complex stoichiometry might be responsible for distinct cellular signals elicited by BMPs.
KW  - Knochen-Morphogenese-Proteine
KW  - Zebrabärbling
KW  - Signaltransduktion
KW  - Bone morphogenetic proteins
KW  - Smad
KW  - Signaling
KW  - Zebrafish
KW  - Cell line
KW  - Differentiation
KW  - Differenzierung
KW  - Zelllinie
KW  - Zebrafisch
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-71127
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kirchmaier, Bettina Carmen
T1  - Characterization of the Popeye domain containing gene family in zebrafish
T1  - Charakterisierung der Popeye domain containing Genfamilie im Zebrafisch
N2  - The Popeye domain containing (Popdc) gene family of membrane proteins is predominantly expressed in striated and smooth muscle tissues and has been shown to act as novel cAMP-binding proteins. In mice, loss of Popdc1 and Popdc2, respectively, affects sinus node function in the postnatal heart in an age and stress-dependent manner. In this thesis, I examined gene expression pattern and function of the Popdc gene family during zebrafish development with an emphasis on popdc2. Expression of the zebrafish popdc2 was exclusively present in cardiac and skeletal muscle during cardiac development, whereas popdc3 was expressed in striated muscle tissue and in distinct regions of the brain. In order to study the function of these genes, an antisense morpholino-based knockdown approach was used. Knockdown of popdc2 resulted in aberrant development of facial and tail musculature. In the heart, popdc2 morphants displayed irregular ventricular contractions with 2:1 and 3:1 ventricular pauses. Recordings of calcium transients using a transgenic indicator line Tg(cmlc2:gCaMP)s878 and selective plane illumination microscopy (SPIM) revealed the presence of an atrioventricular (AV) block in popdc2 morphants as well as a complete heart block. Interestingly, preliminary data revealed that popdc3 morphants developed a similar phenotype. In order to find a morphological correlate for the observed AV conduction defect, I studied the structure of the AV canal in popdc2 morphants using confocal analysis of hearts of the transgenic line Tg(cmlc2:eGFP-ras)s883, which outlines individual cardiac myocytes with the help of membrane-localized GFP. However, no evidence for morphological alterations was obtained. To ensure that the observed arrhythmia phenotype in the popdc2 morphant was based on a myocardial defect and not caused by defective valve development, live imaging was performed revealing properly formed valves. Thus, in agreement with the data obtained in knockout mice, popdc2 and popdc3 genes in zebrafish are involved in the regulation of cardiac electrical activity. However, both genes are not required for cardiac pacemaking, but they play essential roles in AV conduction. In order to elucidate the biological importance of cAMP-binding, wild type Popdc1 as well as mutants with a significant reduction in binding affinity for cAMP in vitro were overexpressed in zebrafish embryos. Expression of wild type Popdc1 led to a cardiac insufficiency phenotype characterized by pericardial edema and venous blood retention. Strikingly, the ability of the Popdc1 mutants to induce a cardiac phenotype correlated with the binding affinity for cAMP. These data suggest that cAMP-binding represents an important biological property of the Popdc protein family.
N2  - Die Popeye domain containing (Popdc) Gene kodieren für eine Familie von Membranproteinen, die vorwiegend in der gestreiften und glatten Muskulatur exprimiert werden und in der Lage sind cAMP zu binden. In Mäusen resultiert der Verlust von Popdc1 oder Popdc2 in einer stressinduzierten Sinusknotendysfunktion, die sich altersabhängig entwickelt. In meiner Dissertation habe ich das Expressionsmuster und die Funktion der Popdc Genfamilie mit Schwerpunkt auf dem popdc2-Gen im Zebrafisch untersucht. Das popdc2-Gen im Zebrafisch wurde ausschließlich in der Herz- und Skelettmuskulatur exprimiert, während popdc3 sowohl in der quergestreiften Muskulatur, als auch im Gehirn exprimiert wurde. Um die Funktion dieser Gene zu untersuchen, wurde die Prozessierung der prä-mRNA mit Hilfe von Morpholinos unterdrückt, die gegen die Spleißdonor bzw. -akzeptorsequenzen von popdc2 und popdc3 gerichtet waren. Das Fehlen von popdc2 im Zebrafisch resultierte in einer Fehlentwicklung der Gesichts- und Schwanzmuskulatur. Im Herzen der popdc2-Morphanten waren ventrikuläre Überleitungsstörungen mit einem 2:1 oder 3:1 Rhythmus zu beobachten. Analysen der Calciumfreisetzung mittels SPIM (selective plane illumination microscopy) in der transgenen Zebrafischlinie Tg(cmlc2:gCaMP)s878, die einen fluoreszierenden Calciumindikator exprimiert, zeigten in den popdc2-Morphanten einen AV-Block bis hin zum kompletten Herzblock. Interessanterweise ergaben vorläufige Analysen in popdc3-Morphanten einen ähnlichen Phänotyp. Um eine mögliche morphologische Ursache der beobachteten AV-Überleitungsstörung zu finden, habe ich die Struktur des AV-Kanals von popdc2-Morphanten mit Hilfe der transgenen Zebrafischlinie Tg(cmlc2:eGFP-rass883) und konfokaler Mikroskopie untersucht. Allerdings konnte ich kein Anzeichen für morphologische Veränderungen erkennen. Um sicherzugehen, dass der beobachtete Rhythmusphänotyp der popdc2-Morphanten nicht auf einer myokardialen Störung beruht oder auf einem Defekt bei der Klappenentwicklung, wurden zusätzlich Lebendaufnahmen angefertigt, die zeigten, dass die Klappen normal entwickelt waren. In Übereinstimmung mit den Daten aus den Knockout-Mäusen haben die popdc2- und popdc3-Gene auch im Zebrafisch eine wichtige Funktion bei der elektrischen Reizleitung im Herzen. Allerdings sind die beiden Gene für die Erregungsbildung im Sinusknoten nicht essentiell, sondern werden für die Signalübertragung im AV-Kanal benötigt. Um die biologische Signifikanz der cAMP-Bindung zu untersuchen, wurden Wildtyp-Popdc1 und Punktmutanten, die eine Reduktion in der cAMP-Bindung aufweisen, nach RNA-Injektion in Zebrafischembryonen überexprimiert. Die Injektion von Wildtyp-Popdc1 induzierte eine embryonale Herzinsuffizienz, die durch perikardiales Ödem und venösen Blutstau charakterisiert war. Die Fähigkeit der Popdc1-Punktmutanten, einen Herzphänotyp nach Überexpression zu induzieren, war direkt korreliert mit der Bindungsaffinität für cAMP. Diese Daten lassen den Schluss zu, dass die Fähigkeit der cAMP-Bindung eine wichtige biologische Eigenschaft der Popdc-Proteinfamilie darstellt.
KW  - Zebrabärbling
KW  - Genexpression
KW  - Herzmuskel
KW  - Herz
KW  - Popdc Genfamilie
KW  - heart
KW  - popdc gene family
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-49413
ER  - 
TY  - THES
A1  - Liedtke, Daniel
T1  - Functional divergence of Midkine growth factors : Non-redundant roles during neural crest induction, brain patterning and somitogenesis
T1  - Funktionelle Divergenz von Midkine Wachstumsfaktoren: Nicht-redundante Funktionen während der Neuralleisteninduktion, der Gehirnenmusterbildung und der Somitogenese
N2  - Neural crest cells and sensory neurons are two prominent cell populations which are induced at the border between neural and non-neural ectoderm during early vertebrate development. The neural crest cells are multipotent and highly migratory precursors that give rise to face cartilage, peripheral neurons, glia cells, pigment cells and many other cell types unique to vertebrates. Sensory neurons are located dorsally in the neural tube and are essential for sensing and converting environmental stimuli into electrical motor reflexes. In my PhD thesis, I obtained novel insights into the complex processes of cell induction at the neural plate border by investigating the regulation and function of mdkb in zebrafish. First, it was possible to demonstrate that mdkb expression is spatiotemporally correlated with the induction of neural crest cells and primary sensory neurons at the neural plate border. Second, it became evident that the expression of mdkb is activated by known neural crest cell inducing signals, like Wnts, FGFs and RA, but that it is independent of Delta-Notch signals essential for lateral inhibition. Knockdown experiments showed that mdkb function is necessary for induction of neural crest cells and sensory neurons at the neural plate border, probably through determination of a common pool of progenitor cells during gastrulation. The present study also used the advantages of the zebrafish model system to investigate the in vivo function of all midkine gene family members during early brain development. In contrast to the situation in mouse, all three zebrafish genes show distinct expression patterns throughout CNS development. mdka, mdkb and ptn expression is detected in mostly non-overlapping patterns during embryonic brain development in the telencephalon, the mid-hindbrain boundary and the rhombencephalon. The possibility of simultaneously knocking down two or even three mRNAs by injection of morpholino mixtures allowed the investigation of functional redundancy of midkine factors during brain formation. Knockdown of Midkine proteins revealed characteristic defects in brain patterning indicating their association with the establishment of prominent signaling centers such as the mid-hindbrain boundary and rhombomere 4. Interestingly, combined knockdown of mdka, mdkb and ptn or single knockdown of ptn alone prevented correct formation of somites, either by interfering with the shifting of the somite maturation front or interferance with cell adhesion in the PSM. Thus, Ptn was identified as a novel secreted regulator of segmentation in zebrafish.
N2  - Neuralleistenzellen und sensorische Neuronen werden während der frühen Wirbeltierentwicklung an der Grenze zwischen dem neuralen und epidermalen Ektoderm gebildet. Neuralleistenzellen sind multipotente Vorläufer von verschiedenen Geweben, wie der Knorpelanteile des Kopfskeletts, peripherer Neurone, Gliazellen, Pigmentzellen und vieler weiterer Derivate. Sensorische Neurone befinden sich im dorsalen Rückenmark und sind wichtig für die Wahrnehmung von Hautreizen. Durch Untersuchung der Regulation und Funktion von mdkb im Zebrafisch konnte ich in meiner Doktorarbeit neue Einsichten in den komplexen Prozess der Zellinduzierung an der Grenze der Neuralplatte erlangen. Es zeigte sich, dass die Expression von mdkb zeitlich und räumlich mit der Induktion von Neuralleistenzellen und primären Neuronen an der Neuralplattengrenze korreliert. Weiterhin konnte ich nachweisen, dass die mdkb Expression durch Signalwege reguliert wird, die für die Induktion von Neuralleistenzellen wichtig sind, wie Wnt, FGF und Retinolsäure. Signale der Delta-Notch Familie, welche essentiell für laterale Inhibition sind, werden dagegen nicht für die mdkb Expression benötigt. Weitere knockdown Experimente zur Reduktion der mdkb-Funktion bewiesen, dass mdkb notwendig für die Induktion von Neuralleistenzellen und der sensorischen Neuronen an der Neuralplattengrenze ist. Des Weiteren konnten im Verlauf dieser Doktorarbeit die in vivo Funktionen aller Mitglieder der midkine Genfamilie während der frühen Gehirnentwicklung untersucht werden. Im Unterschied zu höheren Vertebraten, wie z. B. der Maus, wiesen alle drei midkine Gene des Zebrafisches unterschiedliche Expressionsmuster während der Entwicklung auf. mdka, mdkb und ptn zeigten in Regionen hoher Zellproliferation, wie dem Telencephalon, der Mittel-Nachhirngrenze und dem Nachhirn in der Regel keine Überlappung während der embryonalen Gehirnentwicklung. Die Möglichkeit der simultanen Reduktion zweier oder dreier Proteine durch Injektion von Morpholinogemischen erlaubte die Untersuchung einer eventuellen funktionellen Redundanz während der Gehirnentwicklung. Die Reduktion der Midkine Proteine resultierte in charakteristischen Defekten während der Regionalisierung des Gehirns, was auf eine Rolle während der Bildung essentieller Signalzentren im Gehirn hindeutet. Auffallend waren auch Defekte in der Somitenbildung, die nach gleichzeitiger Reduktion von mdka, mdkb und ptn auftraten. Diese Defekte beruhen entweder auf einer Positionsveränderung der Somiten-Reifungszone oder auf einer Störung der Zelladhäsion im präsomitischen Mesoderm durch Ptn. Somit zeigen die Daten eine neue Funktion von Ptn als sekretiertem Regulator der Somitogenese im Zebrafisch.
KW  - Zebrabärbling
KW  - Neuralleiste
KW  - Hirnforschung
KW  - Entwicklungsbiologie
KW  - Mikroevolution
KW  - Midkine
KW  - Wachstumsfaktoren
KW  - Somitogenese
KW  - Neuralrohr
KW  - Midkine
KW  - growth factor
KW  - neural tube
KW  - somitogenesis
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25707
ER  - 
TY  - THES
A1  - To, Thuy Thanh
T1  - Pituitary-interrenal interactions in zebrafish (Danio rerio) interrenal organ development
T1  - Die Interaktionen zwischen Hypophyse und Interrenalorgan während der Organogenese des Interrenalorgans beim Zebrafish (Danio rerio)
N2  - In mammals, the pituitary-derived neuropeptide adrenocorticotropic hormone (ACTH) is a major regulator of adrenocortical steroidogenesis and hormone secretion. However, the mechanism by which adrenal growth is governed by pituitary signals and the role of the pituitary in early adrenal development remain to be investigated. In this work the model organism zebrafish was used to elucidate pituitary adrenal interactions during early vertebrate development. The adrenal homologue in zebrafish is located in the head kidney and termed interrenal organ. The work deals with the analysis of pituitary-interrenal interactions by using pituitary mutants, gene-knockdown embryos and pharmacological interventions. As prerequisite to the main study, zebrafish pomc gene was cloned and characterized and the interrenal organogenesis in wild-type zebrafish was analysed.
N2  - Adrenocorticotropin (ACTH) entsteht aus Proopiomelanocortin (POMC) in den corticotrophen Zellen der Hypophyse und ist ein zentraler Regulator der adrenalen Steroidogenese. Allerdings wirkt ACTH in vitro antiproliferativ und differenzierend und es ist daher unklar, wie adrenales Wachstum durch die Hypophyse gesteuert wird. Insbesondere liegen widerspüchliche Befunde zum Einfluss der Hypophyse auf die Entwicklung der Nebenniere vor. In dieser Arbeit wurde der Zebrafisch als Modellorganismus eingesetzt, um die Interaktionen zwischen Hypophyse und Nebennieren während der frühen Entwicklung weiter aufzuklären. Das Homolog der Nebenniere beim Zebrafisch wird als Interrenalorgan bezeichnet und ist in die Kopfniere eingebettet. In der vorliegenden Dissertation sollte die Wechselwirkung zwischen Hypophyse und Interrenalorgan während der Organogenese des Interrenalorgans durch die Untersuchung verschiedener hypophysärer Mutanten, Gen-knockdown Embryonen und durch pharmakologische Intervention untersucht werden. Die Klonierung und Charakterisierung des pomc-Gens und die Analyse der normalen Entwicklung des Interrenalorgans beim Zebrafisch schaffen dabei die Voraussetzungen für die Hauptstudie.
KW  - Zebrabärbling
KW  - Interrenalorgan
KW  - ACTH
KW  - POMC
KW  - ACTH
KW  - Steroidogenese
KW  - StAR
KW  - Entwicklung des Interrenalorgans
KW  - POMC
KW  - ACTH
KW  - steroidogenesis
KW  - StAR
KW  - interrenal development
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-20600
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schäfer, Matthias
T1  - Molecular mechanisms of floor plate formation and neural patterning in zebrafish
T1  - Molekulare Mechanismen der Bodenplatten Entwicklung und neuronale Musterbildung im Zebrafisch
N2  - The vertebrate spinal cord is composed of billions of neurons and glia cells, which are formed in a highly coordinated manner during early neurogenesis. Specification of these cells at distinct positions along the dorsoventral (DV) axis of the developing spinal cord is controlled by a ventrally located signaling center, the medial floor plate (MFP). Currently, the origin and time frame of specification of this important organizer are not clear. During my PhD thesis, I have analyzed the function of the novel secreted growth factor Midkine-a (Mdka) in zebrafish. In higher vertebrates, mdk and the related factor pleiotrophin (ptn) are widely expressed during embryogenesis and are implicated in a variety of processes. The in-vivo function of both factors, however, is unclear, as knock-out mice show no embryonic phenotype. We have isolated two mdk co-orthologs, mdka and mdkb, and one single ptn gene in zebrafish. Molecular phylogenetic analyses have shown that these genes evolved after two large gene block duplications. In contrast to higher vertebrates, zebrafish mdk and ptn genes have undergone functional divergence, resulting in mostly non-redundant expression patterns and functions. I have shown by overexpression and knock-down analyses that Mdka is required for MFP formation during zebrafish neurulation. Unlike the previously known MFP inducing factors, mdka is not expressed within the embryonic shield or tailbud but is dynamically expressed in the paraxial mesoderm. I used epistatic and mutant analyses to show that Mdka acts independently from these factors. This indicates a novel mechanism of Mdka dependent MFP formation during zebrafish neurulation. To get insight into the signaling properties of zebrafish Mdka, the function of both Mdk proteins and the candidate receptor Anaplastic lymphoma kinase (Alk) have been compared. Knock-down of mdka and mdkb resulted in the same reduction of iridophores as in mutants deficient for Alk. This indicates that Alk could be a putative receptor of Mdks during zebrafish embryogenesis. In most vertebrate species a lateral floor plate (LFP) domain adjacent to the MFP has been defined. In higher vertebrates it has been shown that the LFP is located within the p3 domain, which forms V3 interneurons. It is unclear, how different cell types in this domain are organized during early embryogenesis. I have analyzed a novel homeobox gene in zebrafish, nkx2.2b, which is exclusively expressed in the LFP. Overexpression, mutant and inhibitor analyses showed that nkx2.2b is activated by Sonic hedgehog (Shh), but repressed by retinoids and the motoneuron-inducing factor Islet-1 (Isl1). I could show that in zebrafish LFP and p3 neuronal cells are located at the same level along the DV axis, but alternate along the anteroposterior (AP) axis. Moreover, these two different cell populations require different levels of HH signaling and nkx2.2 activities. This provides new insights into the structure of the vertebrate spinal cord and suggests a novel mechanism of neural patterning.
N2  - Das Rückenmark von Vertebraten besteht aus Milliarden von Neuronen und Gliazellen, die in einem sehr komplexen Muster während der frühen Neurogenese gebildet werden. Die Spezifizierung dieser Zellen an spezifischen Positionen entlang der dorsoventralen (DV) Achse des Rückenmarks wird durch ein ventrales Organisationszentrum, die mediale Bodenplatte (MFP), kontrolliert. Die Herkunft und der Zeitraum der Spezifizierung dieses wichtigen Organisationszentrums sind zurzeit nicht klar. In meiner Doktorarbeit habe ich die Funktionen des neuen Wachstumsfaktors Midkine-a (Mdka) im Zebrafisch charakterisiert. Mdka und der verwandte Faktor pleiotrophin (ptn) zeigen ein breites Expressionsmuster während der Embryogenese von höheren Vertebraten und sind offenbar an einer Vielzahl von Prozessen beteiligt. Die exakten in-vivo Funktionen sind jedoch nicht bekannt, da knock-out Mäuse keinen embryonalen Phänotyp zeigen. Im Zebrafisch haben wir zwei co-orthologe mdk Gene, mdka und mdkb, sowie ein ptn Gen-Ortholog isoliert. Molekulare phylogenetische Analysen ergaben, dass diese Gene durch zwei unabhängige Duplikationen eines Gen-Blocks entstanden sind. Im Gegensatz zu höheren Vertebraten haben mdk und ptn Gene divergente Funktionen entwickelt, was zu weitestgehend nicht redundanten Funktionen und Expressionsmustern geführt hat. Mittels Überexpressions- und knock-down Analysen konnte ich zeigen, dass Mdka für die Bildung der MFP im Zebrafisch benötigt wird. Anders als bisher bekannte MFP induzierende Faktoren ist Mdka nicht im embryonalen Gastrula-Organisator, dem ‚Shield’ oder der Schwanzknospe exprimiert, sondern dynamisch im paraxialen Mesoderm. Durch epistatische Analysen und Mutanten-Experimente konnte ich weiterhin zeigen, dass Mdka unabhängig von diesen Faktoren wirkt. Dies deutet auf einen neuen Mdka abhängigen Mechanismus der MFP- Bildung während der Neurogenese im Zebrafisch hin. Um Einblick in den Signalweg von Mdka im Zebrafisch zu erhalten, wurde die Funktion der midkine Gene mit der des potentiellen Rezeptors, der Anaplastischen Lymphom-Kinase (Alk), verglichen. Ein ‚Knock-down’ beider Mdk Proteine führte zu einer vergleichbaren Reduktion von Iridophoren wie bei Alk defizienten Mutanten. Demnach könnte Alk ein Rezeptor beider Mdk Proteine während der Zebrafisch-Embryogenese sein. In vielen Vertebratenspezies wurde neben der MFP eine laterale Bodenplatten (LFP) Domäne definiert. In höheren Vertebraten wurde gezeigt, dass LFP Zellen innerhalb der p3 neuronalen Domäne lokalisiert sind, welche V3 Interneuronen bilden. Es ist zurzeit nicht klar, wie diese Zelltypen angeordnet sind und wie sie während der Embryogenese gebildet werden. Ich habe ein neues Homeobox Gen nkx2.2b im Zebrafisch analysiert, welches ausschließlich in der LFP exprimiert ist. Überexpressions-, Mutanten- und Inhibitorenanalysen haben gezeigt, dass nkx2.2b durch Sonic Hedgehog (Shh) aktiviert, durch Retinolsäure und den Motoneuronen induzierenden Faktor Islet-1 (Isl1) aber reprimiert wird. Ich konnte weiterhin zeigen, dass im Zebrafisch LFP und p3 neuronale Zellen auf der gleichen Ebene entlang der DV Achse lokalisiert sind und entlang der anteroposterioren (AP) Achse alternieren. Diese zwei Zellpopulationen benötigen verschiedene Aktivitäten von Hedgehog und nkx2.2b. Dies stellt einen neuen Aspekt für den Aufbau des Rückenmarks von Vertebraten dar und deutet auf einen bisher unbekannten Mechanismus der neuronalen Musterbildung hin.
KW  - Zebrabärbling
KW  - Wachstumsfaktor
KW  - Neurogenese
KW  - Homöobox
KW  - Bodenplatte
KW  - neuronale Musterbildung
KW  - Midkine
KW  - Homeobox Gene
KW  - Zebrafisch
KW  - floor plate
KW  - neural patterning
KW  - Midkine
KW  - Homeobox genes
KW  - zebrafish
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-15789
ER  -