Untersuchungen zu Interaktionen zwischen bioelektrischen Signalen, Zytoskelettelementen, Zellpolarität und Gewebearchitektur im Ovar von Drosophila Melanogaster

• Investigations on interactions between bioelectric signals, cytoskeletal elements, cell polarity and tissue architecture in the ovary of Drosophila melanogaster

Weiß, Isabel; Bohrmann, Johannes (Thesis advisor); Pradel, Gabriele (Thesis advisor)

Aachen (2020)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Kurzfassung

Bioelektrische Eigenschaften von Zellen sind sowohl während der Entwicklung und Regeneration von Organismen als auch im Zusammenhang mit einer Vielzahl von menschlichen Erkrankungen von Bedeutung. Graduelle Änderungen bioelektrischer Eigenschaften, wie z.B. des Membranpotentials (Vmem), des intrazellulären pH-Werts (pHi), von Ionenkonzentrationen oder extrazellulären Strömen können als Signale für die räumliche und zeitliche Regulation morphogenetischer Prozesse dienen. In der vorliegenden Arbeit werden bioelektrische Gradienten, ihre Entstehung und ihr Einfluss auf das Zytoskelett im Verlauf der Oogenese von Drosophila melanogaster beschrieben. Zur Analyse von pHi- und Vmem-Gradienten wurden der fluoreszierende pH-Indikator 5 CFDA,AM und der potentiometrische Farbstoff DiBAC4(3) verwendet. Basale Mikrofilamente (bMF) und Mikrotubuli (MT) im Follikelzellepithel (FZE) wurden unter Verwendung von fluoreszenzmarkiertem Phalloidin und einem Antiserum gegen α-Tubulin untersucht. Für die Analyse des FZE-spezifischen Zytoskeletts in lebenden Follikeln kam das Gal4-UAS-System zum Einsatz (Lifeact-GFP und αTub84B-GFP). Es wurden stadienspezifische pHi- und Vmem-Gradienten während der Stadien S8 bis S12 untersucht, welche auf asymmetrischen Verteilungs- und Aktivitätsmustern von Ionentransportmechanismen beruhen. Darüber hinaus wurden stadienspezifische bMF- und MT-Muster sowie deren räumliche und zeitliche Korrelationen mit den pHi- und Vmem-Gradienten nachgewiesen. Mit Hilfe von Inhibitoren wurde der Beitrag relevanter Ionentransportmechanismen an der Regulation von pHi und Vmem und am Aufbau der Gradienten im FZE untersucht: Na+/H+-Antiporter und Na+-Kanäle, V-ATPasen, ATP-sensitive K+-Kanäle, spannungsabhängige Typ L Ca2+-Kanäle, Cl--Kanäle und Na+/K+/2Cl--Cotransporter. Der Einsatz der Inhibitoren führte zu Veränderungen von pHi und Vmem sowie deren Gradienten im FZE. Außerdem zeigten sich Modifikationen der Zytoskelettorganisation, welche Veränderungen während der Entwicklung entsprechen. Somit konnten pHi- und Vmem-Änderungen, welche durch die Verwendung von Inhibitoren herbeigeführt wurden, die natürlich auftretenden bioelektrischen Modifikationen im FZE simulieren. Darüber hinaus führten sie zu Veränderungen der Zytoskelett-Organisation, wie sie während der Entwicklung des FZE beobachtet werden können. Die Erkenntnisse, welche in dieser Arbeit gewonnen wurden, tragen zu einem besseren Verständnis der Bedeutung bioelektrischer Signale während der Entwicklung bei.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehr- und Forschungsgebiet Zoologie und Humanbiologie [162020]