Rebecca Rock

• Das four-jointed (fj) Gen in Drosophila ist zum einen am proximo-distalen Längenwachstum der Extremitäten beteiligt, zum anderen spielt es auch eine Rolle in dem in neuerer Zeit verstärkt untersuchten planaren Zellpolaritätssignalweg (PCP-Signalweg). Über das in der Maus identifizierte homologe fjx1 Gen ist dagegen vergleichsweise wenig bekannt. Ziel dieser Arbeit war daher die nähere Charakterisierung von fjx1 sowie die Identifizierung möglicher Interaktionspartner. Durch RNA in situ Hybridisierung wurde zunächst das räumliche und zeitlicheDas four-jointed (fj) Gen in Drosophila ist zum einen am proximo-distalen Längenwachstum der Extremitäten beteiligt, zum anderen spielt es auch eine Rolle in dem in neuerer Zeit verstärkt untersuchten planaren Zellpolaritätssignalweg (PCP-Signalweg). Über das in der Maus identifizierte homologe fjx1 Gen ist dagegen vergleichsweise wenig bekannt. Ziel dieser Arbeit war daher die nähere Charakterisierung von fjx1 sowie die Identifizierung möglicher Interaktionspartner. Durch RNA in situ Hybridisierung wurde zunächst das räumliche und zeitliche Expressionsmuster von fjx1 in Embryonen und adulten Organen untersucht. Dabei zeigte sich, dass fjx1 in allen Stadien vor allem im Gehirn, aber auch in epithelialen Strukturen verschiedener Organe exprimiert war. Obwohl die Expression von fjx1 ebenso wie die von fj über den Notch-Signalweg reguliert wird, konnte im Gegensatz zu Drosophila jedoch keine Regulation von fjx1 über den Wnt- und/oder den JAK/STAT-Signalweg nachgewiesen werden. Da Fj in Drosophila zumindest teilweise sezerniert wird und nicht-zellautomome Effekte zeigt, wurde ein Fjx1-Rezeptor gesucht. Mit Hilfe eines Fjx1-AP Fusionsproteins konnten Bindungsstellen überlappend bzw. angrenzend zu Regionen mit fjx1-Expression gefunden werden. Beispielsweise zeigten in der embryonalen Lunge und der Niere sowohl die in situ Hybridisierung (fjx1-Expression) als auch die Inkubation mit dem Fusionsprotein (Lokalisation des Bindungspartners) Färbung in epithelialen Strukturen, während im adulten Gehirn die Färbungen in jeweils benachbarten Schichten des Hippocampus und des Kleinhirns detektiert wurden. Durch Expressionsklonierung bzw. Coimmunpräzipitation konnte der Rezeptor jedoch nicht identifiziert werden. Aufgrund der Tatsache dass fj in Drosophila in enger Beziehung zu dachsous (ds) und fat (ft) steht, wurden die homologen Gene in der Maus gesucht und deren Expressionsmuster analysiert. In Embryonalstadien war dchs1 komplementär zu fjx1 in mesenchymalen Geweben zu finden, ähnlich der Situation in Drosophila, wo fj und ds in gegenläufigen Gradienten exprimiert sind. Das homologe Gen von ft, fat-j, war hingegen nicht ubiquitär exprimiert, sondern wie dchs1 im Mesenchym. Ergänzend dazu wurden die fat-like (ftl) Homologen, fat1-3, epithelial detektiert. Die Expression in adulten Organen wurde mit Real-Time-PCR untersucht, die zeigte, dass alle Gene (fj, ds und fat Homologe) relativ stark im adulten Gehirn zu finden sind. Mit Hilfe von RNA in situ Hybridisierungen konnten die Gene im Riechhirn, im Hippocampus und im Kortex des Großhirns sowie in der Körnerschicht des Kleinhirns lokalisiert werden. Um Hinweise auf die Funktion von Fjx1 zu erhalten, wurde in Datenbanken nach Proteinen mit ähnlicher Aminosäuresequenz gesucht, die eventuell Auskunft über mögliche Proteindomänen geben sollten. Bei den gefundenen fünf Mausproteinen handelte es sich jedoch um hypothetische bzw. noch nicht untersuchte Proteine, so dass Rückschlüsse auf die Funktion von Fjx1 nicht möglich waren. Die Expression dieser Gene war nach Datenbankangaben entweder sehr spezifisch, beschränkt auf ein bestimmtes Gewebe (z.B. Milchdrüse oder Nebenniere) oder schwach und dafür ubiquitär, was sich auch durch eine schwache, einheitliche Färbung in der RNA in situ Hybridisierung bestätigte. Die Proteinstruktur von Fjx1 und der Fjx1-ähnlichen Proteine sowie die Art der konservierten Reste geben Grund zu der Annahme, dass es sich um (sezernierte) Glykosyltransferasen handeln könnte, was durch die zumindest zeitweise Lokalisation von Fjx1 im Golgi-Apparat bestärkt wird. Auch die in Drosophila gefundenen Ergebnisse sprechen für eine derartige Funktion von Fj, obwohl auch hier noch keine konkreten biochemischen Belege vorliegen. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten auf eine Konservierung des in Drosophila entdeckten Fj/Ds/Ft-Siganlwegs in Vertebraten hin, wenn auch der genaue Mechanismus der Interaktion zwischen den Proteinen noch nicht geklärt ist und weiterer Untersuchungen bedarf.…
• The four-jointed (fj) gene in Drosophila is on the one hand involved in proximodistal growth of leg and wing; on the other hand it plays a role in the more recently investigated planar cell polarity (PCP) pathway. In contrast, little is known about the homologous mouse gene fjx1. Therefore, the aim of this thesis was to further characterize fjx1 and to identify potential binding partners. The temporal and spacial expression pattern of fjx1 was analyzed by RNA in situ hybridization on embryos and adult organs. This revealed that fjx1 isThe four-jointed (fj) gene in Drosophila is on the one hand involved in proximodistal growth of leg and wing; on the other hand it plays a role in the more recently investigated planar cell polarity (PCP) pathway. In contrast, little is known about the homologous mouse gene fjx1. Therefore, the aim of this thesis was to further characterize fjx1 and to identify potential binding partners. The temporal and spacial expression pattern of fjx1 was analyzed by RNA in situ hybridization on embryos and adult organs. This revealed that fjx1 is predominantly expressed in the brain at all stages investigated and additionally in epithelial structures of various organs. Similar to the Drosophila gene fj the expression of fjx1 is Notch dependent, but in contrast to Drosophila no regulation via the Wnt or JAK/STAT signaling pathway was found. In view of the fact that in Drosophila Fj is at least partially secreted and has some cell nonautonomous effects, a Fjx1 receptor was looked for. Using a Fjx1-AP fusion protein Fjx1 binding sites could be detected in regions overlapping with or adjacent to fjx1 expression, respectively. As an example, staining of epithelial structures in embryonic lung and kidney was found by in situ hybridization (fjx1 expression) as well as with the AP fusion protein (localization of the interaction partner). In the adult brain fjx1 and Fjx1 binding sites were located in adjacent layers of the hippocampus and the cerebellum. Nevertheless, it was not possible to identify the postulated Fjx1 receptor by expression cloning or coimmunoprecipitation. Due to the fact, that fj in Drosophila is closely connected with dachsous (ds) and fat (ft), the homologues mouse genes were searched for and their expression patterns were analyzed. In embryos, dchs1 was expressed complementary to fjx1 in mesenchymal tissues, similar to the situation in Drosophila where fj and ds are expressed in opposing gradients. Unlike ft, the homologous fat-j gene is not expressed ubiquitously, instead, it is found in mesenchymal tissue similar to dchs1. To complete the expected ubiquitous expression, the fat-like (ftl) homologs, fat1-3, were detected in epithelial structures. In adult organs expression was investigated by real time PCR, which revealed all genes (fj, ds and fat homologs) to be strongly expressed in the adult brain. By RNA in situ hybridization the expression was localized to the olfactory bulb, the hippocampus, the cerebral cortex and the granular layer of the cerebellum. To gain information about the function of Fjx1, databases were searched for proteins with a similar amino acid sequence, which should help to identify functional protein domains. Five related mouse proteins were found, but as all proteins were only hypothetical and not investigated so far, it was not possible to draw conclusions about the function of Fjx1. According to database information the expression of the fjx1-related genes was either very specific, restricted to a single tissue (mammary gland or adrenal gland) or the expression was weak, but ubiquitous. This weak ubiquitous expression was confirmed by a weak uniform staining on RNA in situ hybridizations. The protein structure of Fjx1 and the Fjx1-related proteins and the kind of conserved residues led to the assumption that these proteins could be (secreted) glycosyltransferases. This hypothesis is supported by the fact that Fjx1 is at least temporarily located in the Golgi apparatus and by recently published results from Drosophila, although there is no biochemical evidence so far. The results of this work suggest that the Fj/Ds/Ft signaling pathway identified in Drosophila is conserved in vertebrates, although the mechanism of the interaction between these proteins remains completely unknown and has to be elucidated by further investigations.…