Dokument: Structure-function analysis of the axon guidance molecules Sidestep and Beaten path Ia in Drosophila melanogaster

Titel:	Structure-function analysis of the axon guidance molecules Sidestep and Beaten path Ia in Drosophila melanogaster
Weiterer Titel:	Struktur-Funktionsanalyse der axonalen Wegfindungsmoleküle Sidestep und Beaten Path Ia in Drosophila melanogaster
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=44789
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20180202-134317-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dipl.-Biol. Heymann, Caroline [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 54,93 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 02.02.2018 / geändert 02.02.2018
Beitragende:	Prof. Dr. Aberle, Hermann [Gutachter] Prof. Dr. Eckhard Lammert [Gutachter]
Stichwörter:	Sidestep, Beaten Path Ia, Axon guidance, Drosophila
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Die Voraussetzung für die Ausführung koordinierter Bewegungen ist eine korrekte motoneuronale Verschaltung, die während der Embryogenese ausgebildet wird. Anziehende und abstoßende Wegfindungsmoleküle dirigieren die auswachsenden Motoraxone präzise zu ihren Zielen. Verschiedene Moleküle tragen zur axonalen Wegfindung bei. Die zwei Proteine Sidestep (Side) und Beaten path Ia (Beat) aus der Familie der Immunglobuline übernehmen eine wesentliche Funktion in der motoraxonalen Wegfindung. Side ist während der Embryonalentwicklung in einem sehr dynamischen Muster exprimiert und markiert intermediäre und finale Zielzellen. Beat ist in Motoneuronen exprimiert und wird benötigt, um Side-markierte Wege zu detektieren. Vorangegangene Zell-Aggregationsversuche mit transient transfizierten S2 Zellen zeigten, dass sich adhäsive Aggregate nur ausbilden konnten, wenn sowohl Beat als auch Side in diesen Zellen exprimiert wurden. Die Interaktionsdomänen von Beat und Side wurden im Rahmen dieser Arbeit in vivo charakterisiert. Diese Studien deuten darauf hin, dass die jeweiligen ersten Immunglobulin (IG) Domänen von Beat und Side die Interaktion dieser Proteine vermitteln. Bei simultaner Expression von Beat und Side Konstrukten, die ihre jeweilige erste IG Domäne enthalten, überlagern sich die Signale beider Proteine. Volllängen Beat vermag endogenes Side in späten Embryonen in seinem jeweiligen überexprimierten Muster festzuhalten, während BeatΔIG1 dies nicht bewirkt. Darüber hinaus verhindert eine Deletion der ersten IG Domäne von Side sowie die G187D missense Mutation in sideI306 eine Interaktion mit Beat. Da die spezifische Überexpression von Side zur irreversiblen Ausbildung ektopischer neuromuskulärer Endplatten führt, liefert diese Arbeit zudem Hinweise darauf, dass Side auch an der Synaptogenese beteiligt ist. Frühere in vitro Studien deuteten darauf hin, dass Beat die Plasmamembran durchspannt, obwohl es keine klassische Transmembranregion enthält. Diese Annahme wurde durch Rettungsversuche bestärkt, die in dieser Arbeit bestätigt und ausgeweitet wurden, und eine zellautonome Funktion für Beat zeigen: die präsynaptische, jedoch nicht die postsynaptische, Überexpression von Volllängen Beat cDNA rettet den beat mutanten Phänotyp. Verschiedene, GFP-markierte Beat Deletions- und Fusionskonstrukte wurden für Aufnahmen im intakten Tier, Western Blot Analysen sowie Oberflächen-Färbungen eingesetzt und stützen das Vorhandensein einer Transmembrandomäne. Zusammenfassend deuten die Daten dieser Arbeit darauf hin, dass Beat und Side in vivo über ihre jeweiligen ersten Immunglobulin Domänen interagieren und damit die Basis für die Axon-Substrat Adhäsion bilden. Precise connectivity between the nervous system and muscles builds the basis for all coordinated movements. During embryogenesis, outgrowing motor axons are guided by diverse attractive and repellent cues from the CNS to the muscles. Various guidance molecules contribute to motor axon pathfinding. In Drosophila, two members of the immunoglobulin superfamily, Sidestep (Side) and Beaten path Ia (Beat), are key molecules regulating this process. Side is expressed in a highly dynamic pattern during embryogenesis and was identified as target-derived attractive guidance molecule marking intermediate and final targets. Beat is expressed in motor axons and is required to detect Side-labeled surfaces. Previous cell aggregation experiments with transiently transfected S2 cells showed that adhesive aggregates formed only if both Beat and Side were present in these cells. The interaction domains of Beat and Side were now characterized in vivo. These studies indicate that the respective first immunoglobulin domains of Beat and Side are sufficient for the interaction of these proteins. Firstly, Beat constructs containing the first immunoglobulin domain are redirected to form clusters with Side constructs containing the first immunoglobulin domain. Secondly, full-length Beat, but not BeatΔIG1, traps endogenous Side in late stage embryos. Thirdly, deletion of the first immunoglobulin domain of Side and a G187D missense point mutation within this domain in sideI306 abolish the interaction with Beat. As specific Side overexpression leads to an irreversible formation of ectopic neuromuscular junctions, this work also provides evidence that Side does not only guide growth cones, but also induces synaptogenesis. Former in vitro studies indicated that Beat spans the plasma membrane, although it does not contain a classical transmembrane region. This assumption was supported by previous rescue experiments, which were confirmed and expanded in this work. These experiments demonstrate that presynaptic, but not postsynaptic, expression of full-length Beat constructs during embryogenesis rescues the beat mutant phenotype, indicating that Beat function is required cell-autonomously. Various GFP-tagged Beat deletion and fusion constructs were further used in live imaging, western blot and surface staining experiments and support the existence of a transmembrane domain located between the two N-terminal immunoglobulin domains and the C-terminal cysteine-rich region, thus characterizing Beat as a type I transmembrane protein. Taken together, these data indicate that Beat and Side interact in vivo via their first immunoglobulin domains, thereby building the basis for axon-substrate adhesion during axon guidance.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Zoomorphologie, Zellbiologie und Parasitologie
Dokument erstellt am:	02.02.2018
Dateien geändert am:	02.02.2018
Promotionsantrag am:	12.06.2017
Datum der Promotion:	26.01.2018