DSpace
KOBRA
KOBRA

KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 10 / Mathematik und Naturwissenschaften  → Institut für Biologie  → Abteilung Zoologie - Schwerpunkt Entwicklungsbiologie  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-934

Titel: Not the outside but the inside matters : functional analysis of Capricious and Tartan during Drosophila tracheal morphogenesis
Autor(en): Krause, Cindy
Schlagworte (SWD): TaufliegeTracheensystemMorphogeneseGenanalyse
Klassifikation (DDC): 590 - Tiere (Zoologie) (Zoological sciences)
Issue Date: 3-Feb-2004
Zusammenfassung: The tubular structures, which transport essential gases, liquids, or cells from one site to another, are shared among various divergent organisms. These highly organized tubular networks include lung, kidney, vasculature and mammary gland in mammals as well as trachea and salivary gland in Drosophila melanogaster. Many questions regarding the tubular morphogenesis cannot be addressed sufficiently by investigating the mammalian organs because their structures are extremely complex and therefore, systematic analyses of genetic and cellular programs guiding the development is not possible. In contrast, the Drosophila tracheal development provides an excellent model system since many molecular markers and powerful tools for genetic manipulations are available. Two mechanisms were shown to be important for the outgrowth of tracheal cells: the FGF signaling pathway and the interaction between the tracheal cells and the surrounding mesodermal cells. The Drosophila FGF ligand encoded by branchless (bnl) is localized in groups of cells near tracheal metameres. The tracheal cells expressing the FGF receptor breathless (btl) respond to these sources of FGF ligand and extend towards them. However, this FGF signaling pathway is not sufficient for the formation of continuous dorsal trunk, the only muticellular tube in tracheal system. Recently, it was found out that single mesodermal cells called bridge-cells are essential for the formation of continuous dorsal trunk as they direct the outgrowth of dorsal trunk cells towards the correct targets. The results in this PhD thesis demonstrate that a cell adhesion molecule Capricious (Caps), which is specifically localized on the surface of bridge-cells, plays an essential role in guiding the outgrowing dorsal trunk cells towards their correct targets. When caps is lacking, some bridge-cells cannot stretch properly towards the adjacent posterior tracheal metameres and thus fail to interconnect the juxtaposing dorsal trunk cells. Consequently, discontinuous dorsal trunks containing interruptions at several positions are formed. On the other hand, when caps is ectopically expressed in the mesodermal cells through a twi-GAL4 driver, these mesodermal cells acquire a guidance function through ectopic caps and misguide the outgrowing dorsal trunk cells in abnormal directions. As a result, disconnected dorsal trunks are formed. These loss- and gain-of-function studies suggest that Caps presumably establishes the cell-to-cell contact between the bridge-cells and the tracheal cells and thereby mediates directly the guidance function of bridge-cells. The most similar protein known to Caps is another cell adhesion molecule called Tartan (Trn). Interestingly, trn is expressed in the mesodermal cells but not in the bridge-cells. When trn is lacking, the outgrowth of not only the dorsal trunks but also the lateral trunks are disrupted. However, in contrast to the ectopic expression of caps, the misexpression of trn does not affect tracheal development. Whereas Trn requires only its extracellular domain to mediate the matrix function, Caps requires both its extracellular and intracellular domains to function as a guidance molecule in the bridge-cells. These observations suggest that Trn functions differently from Caps during tracheal morphogenesis. Presumably, Trn mediates a matrix function of mesodermal cells, which support the tracheal cells to extend efficiently through the surrounding mesodermal tissue. In order to determine which domains dictate the functional specificity of Caps, two hybrid proteins CapsEdTrnId, which contains the Caps extracellular domain and the Trn intracellular domain, and TrnEdCapsId, which consists of the Trn extracellular domain and the Caps intracellular domain, were constructed. Gain of function and rescue experiments with these hybrid proteins suggest on one hand that the extracellular domains of Caps and Trn are functionally redundant and on the other hand that the intracellular domain dictates the functional specificity of Caps. In order to identify putative interactors of Caps, yeast two-hybrid screening was performed. An in vivo interaction assay in yeast suggests that Ras64B interacts specifically with the Caps intracellular domain. In addition, an in vitro binding assay reveals a direct interaction between an inactive form of Ras64B and the Caps intracellular domain. ras64B, which encodes a small GTPase, is expressed in the mesodermal cells concurrently as caps. Finally, a gain-of-function study with the constitutively active Ras64B suggests that Ras64B presumably functions downstream of Caps. All these results suggest consistently that the small GTPase Ras64B binds specifically to the Caps intracellular domain and may thereby mediate the guidance function of Caps.Tubulär aufgebaute Organe, wie z.B. Lunge, Niere und das Blutgefäßsystem, sind in allen höheren tierischen Organismen anzutreffen. Sie dienen dem Transport und Austausch von Gasen, Nähr- und Exkretionsstoffen. Die Analyse solcher tubulären Organe ist in Vertebratensystemen sehr aufwendig und nur eingeschränkt möglich. Im Gegensatz dazu ist die embryonale Entwicklung des Tracheensystems der Fruchtfliege Drosophila melanogaster ein ideales Modellsystem, um die Ausbildung multizellulärer tubulärer Strukturen zu untersuchen. Besonders für das Auswachsen der Tracheenzellen gibt es zwei essentielle Mechanismen: zum einen die FGF-Signalkaskade und zum anderen die Interaktion zwischen den Tracheenzellen und den angrenzenden mesodermalen Zellen. Die FGF-Signalkaskade induziert das Auswachsen der Tracheenzellen in gezielte Richtungen. Jedoch ist sie nicht ausreichend für das Auswachsen des Dorsalstammes. Kürzlich wurde entdeckt, dass einzelne mesodermale Zellen unabhängig von der FGF-Signalkaskade räumliche Informationen spezifisch an die auswachsenden Tracheenzellen des Dorsalstammes vermitteln. Zu Beginn des Auswachsens verbinden diese mesodermalen Zellen die dorsalen Stammäste miteinander in Form einer Brücke. Deshalb werden diese Zellen als Brückenzellen bezeichnet. Entlang der Brückenzellen wachsen die dorsalen Stammäste von beiden Seiten aufeinander zu, kommen in Kontakt und fusionieren anschließend. In dieser Arbeit wurde das Zelloberflächeprotein Capricious (Caps) identifiziert, das spezifisch in der Brückenzelle lokalisiert ist und die Interaktion zwischen den Brückenzellen und den Tracheenzellen vermittelt. Caps enthält in seiner extrazellulären Domäne 14 Leucine Rich Repeat (LRR)-Motive und ist in der Zellmembran lokalisiert. Die Ergebnisse aus dieser Arbeit deuten darauf hin, dass Caps vermutlich durch seine extrazelluläre Domäne direkt mit den auswachsenden Tracheenzellen interagiert und erhaltene Signale zu anderen cytoplasmatischen Proteinen durch seine intrazelluläre Domäne weiterleitet. Dadurch vermittelt Caps die Führungsfunktion von Brückenzellen. Ein Protein, das größte Ähnlichkeit zu Caps aufweist, ist Tartan (Trn). Wie Caps ist auch Trn in der Zellmembran lokalisiert. trn wird nicht in den Brückenzellen, sondern in mesodermalem Gewebe exprimiert. Ähnlich wie in caps Mutanten werden diskontinuierliche Dorsalstämme in trn Mutanten gebildet. Im Gegensatz zu den caps Mutanten sind jedoch auch die lateralen Stämme in trn Mutanten häufig unterbrochen. Während die Misexpression von caps in mesodermalen Zellen die Entwicklung der kontinuierlichen Äste behindert, werden die normalen Tracheenstämme wie im Wildtyp in trn misexprimierenden Embryonen gebildet. Obwohl Caps sowohl die extrazelluläre als auch die intrazelluläre Domäne für seine Funktion während der Tracheenentwicklung benötigt, braucht Trn nur seine extrazelluläre Domäne. Diese gegensätzlichen Beobachtungen zeigen, dass Caps und Trn unterschiedliche Funktionen während der Tracheenmorphogenese haben. An der Oberfläche von Brückenzellen lokalisiert, vermittelt Caps direkt die Interaktion zwischen den Dorsalstammzellen und den Brückenzellen und führt dabei gezielt das Auswachsen der Dorsalstammzellen. Andererseits bildet Trn in mesodermalen Zellen möglicherweise eine Matrix, die Tracheenzellen beim Auswachsen durch die umgebenden mesodermalen Zellen unterstützt. Um zu analysieren welche Domäne die funktionelle Spezifität von Caps und Trn bestimmt, wurden die Hybridproteine CapsEdTrnId und TrnEdCapsId konstruiert. Die Hybridproteinanalysen deuten einerseits darauf hin, dass die extrazellulären Domänen von Caps und Trn funktionell redundant sind und zeigen andererseits, dass die intrazelluläre Domäne von Caps die funktionelle Spezifität bestimmt. Durch yeast two-hybrid screening wurden mehrere putative Interaktionspartner von Caps identifiziert. Eine davon ist die kleine GTPase Ras64B, die eine wichtige Rolle in verschiedenen Signalkaskaden spielt. Temperatursensitive cdc25H Hefemutanten können bei der restriktiven Temperatur wachsen, wenn die intrazelluläre Domäne von Caps und Ras64B koexprimiert werden. Dieses deutet auf eine Interaktion zwischen den beiden Proteinen hin. Außerdem zeigten in vitro GST pull-down assays, dass Ras64B in der inaktiven Form direkt an die intrazelluläre Domäne von Caps bindet. ras64B wird in mesodermalen Zellen exprimiert. Embryonen, die ektopisch konstitutiv aktives ras64B in mesodermalen Zellen exprimieren, zeigen unterbrochene Tracheenäste ähnlich wie caps misexprimierende Embryonen. Diese in vivo- und in vitro- Ergebnisse deuten gemeinsam daraufhin, dass Ras64B vermutlich direkt an die intrazelluläre Domäne von Caps bindet und dadurch Caps-Funktion vermittelt.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-934
Appears in Collections:Dissertationen

Files in This Item:

File Description SizeFormat
dis3284_18.pdf2,48 MBAdobe PDFView/Open

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.