Die Analyse der Ausbildung der Körperachsen in der Gewächshausspinne Parasteatoda tepidariorum

• Antragsteller: Dr. Matthias Pechmann
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 226588632

Die Ausbildung der dorsoventralen und anteroposterioren Körperachse ist ein sehr wichtiger Vorgang während der Embryonalentwicklung aller Bilateria. Während der Spemann Organisator für die Musterbildung der embryonalen Achsen von Amphibien zuständig ist, ist der sogenannte Cumulus für die Ausbildung der embryonalen Achsen in Spinnen verantwortlich. Beide Strukturen agieren mittels des BMP-Signalwegs und sind in der Lage eine zweite Körperachse in den jeweiligen Organismen zu induzieren. Die Funktion des Cumulus wurde in der Gewächshausspinne Parasteatoda tepidariorum am besten untersucht und es konnte gezeigt werden, dass der Cumulus, durch die Expression von decapentaplegic (dpp) als Quelle für den BMP-Signalweg dient. Dpp wird benötigt, um die dorsoventrale Körperachse des Spinnenembryos zu induzieren. Der Cumulus entsteht im Zentrum der radialsymmetrischen Keimscheibe und bricht diese Symmetrie durch die Wanderung zum Rand der Scheibe. Die molekulare Determination des Keimscheibenzentrums, die Aktivierung von dpp im Cumulus und die Bildung der Keimscheibe sind bislang noch nicht verstanden. Durch die embryonalen Injektionen von Zytoskelett- und RNA-Polymerase-Inhibitoren konnte ich im Zuge des Erstantrages zeigen, dass die Keimscheibenbildung auf einem intakten Aktin-Zytoskelett und der Initiation der zygotischen Transkription basiert. Die funktionelle Analyse von Kanditatengenen des Toll- und des EGF-Signalwegs führte jedoch nicht zu Keimscheiben- bzw. Achsenbildungsphänotypen, so dass ein neues Verfahren entwickelt werden musste, um neue Kandidatengene zu finden. Hierbei führte der Ansatz der differentiellen Transkriptomsequenzierung früher embryonaler Entwicklungsstadien zum gewünschten Erfolg. Eine erste funktionelle Untersuchung von zehn neuen Kandidatengenen führte bereits zu einem segmentierungs- und zu zwei dorsoventralen-Phänotypen. Diese Phänotypen sollen in Rahmen des Fortsetzungsantrages im Detail analysiert werden. Diese ersten Ergebnisse zeigen, dass dieser neuentwickelte Ansatz hervorragend dazu geeignet ist neue Gene zu identifizieren, welche an der Ausbildung der Achsen des Spinnenembryos beteiligt sind.Vor allem die dorsoventralen Phänotypen sind von besonderer Bedeutung, da ein Transkriptionsfaktor gefunden wurde, welcher an der Aktivierung von dpp im Cumulus beteiligt sein könnte. Zusätzlich wurde ein Faktor gefunden, welcher wahrscheinlich an der Wanderung des Cumulus beteiligt ist. Die Analyse dieser beiden Faktoren wird komplett neue Einblicke in die Ausbildung der embryonalen Achsen von Spinnen ermöglichen. Da bereits diese erste funktionelle Analyse weniger neuer Kandidatengene sehr erfolgreich war, ist es sehr wahrscheinlich, dass die umfassende Analyse der Transkriptomdaten zur Identifikation einer großen Zahl von Genen mit interessanten Phänotypen führen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Siegfried Roth