Die Rolle des Notch-Signaltransduktionsweges bei Muster- und Grenzbildungsprozessen in Hydra vulgaris

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass der Notch-Signalweg auch in Hydra für die Ausbildung und Aufrechterhaltung zweier entwicklungsrelevanter Grenzen benötigt wird. Sowohl während der späten Knospung als auch während der Musterbildung eines Kopfes ist seine Aktivität für die Etablierung zweier benachbarter, scharf zueinander abgegrenzter Signalzentren verantwortlich. Es konnte gezeigt werden, dass dies Voraussetzung für die normale Entwicklung von Knospen aber auch für die Strukturierung eines Kopfes in seine drei Teilbereiche ist. Im Fall der Knospung war nach Inhibition des Notch-Signalweges die Knospenfußbildung inhibiert, weshalb sich die Knospen nicht an ihrer Basis einschnüren und vom Elterntier abspalten konnten. Dies resultierte in der Entwicklung stabiler Y-Tiere. Die Expression von HyHes und der Matrix-Metalloprotease MMP-A3 konnte in DAPT-behandelten Tieren nicht mehr detektiert werden. Dadurch konnte gezeigt werden, dass HyHes ein primäres Zielgen des Notch-Signalweges darstellt. Dies konnte auch in einem in vitro-Reportergenversuch bestätigt werden, indem HvNICD die Expression von EGFP ausgehend vom HyHes-Promotor über zwei Su(H)-Bindestellen induzieren konnte. Die Expression des FGF-Rezeptors kringelchen und des Gerüstproteins Hydsh war nach DAPT-Behandlung nicht inhibiert, sondern diffus und unbegrenzt. Eine Expression in klaren, streifenförmigen Domänen an der Knospenbasis wie in unbehandelten Tieren konnte nie beobachtet werden. Demnach wird die Aktivität des Notch-Signalweges im Verlauf der Knospung vermutlich für die Schärfung einer bestehenden Grenze zwischen Muttertier und Knospe benötigt. Dies ermöglicht die definierte, voneinander abgegrenzte Expression von Genen, die einerseits für die voranschreitende Einschnürung der Knospenbasis und andererseits für die Fußdifferenzierung der Knospe verantwortlich sind. Neben der Knospung wird der Notch-Signalweg auch für den Erhalt adulter Kopfstrukturen und für die de novo-Musterbildung eines Kopfes während der Kopfregeneration benötigt. Hvnotch wird in adulten an der Tentakelbasis (an der Grenze zwischen Tentakeln und Tentakelzone) und auch während der Kopfregeneration erhöht exprimiert. Die Inhibition des Notch-Signalweges führte auf morphologischer Ebene zu abnormen Kopfstrukturen und übermäßiger Produktion von Tentakelgewebe. Daraus konnte gefolgert werden, dass der Notch-Signalweg in unbehandelten Tieren die Ausbildung von Tentakelgewebe unterdrückt bzw. verhindert. Dies konnte auch auf molekularer Ebene durch Untersuchung der Expression von Hywnt3, HMMP und Hyalx gezeigt werden. Diese werden in unbehandelten Tieren je spezifisch in einem Teilbereich des Kopfes, nämlich dem Hypostom, den Tentakeln oder der Grenzregion zwischen Tentakeln und Tentakelzone exprimiert. In DAPT-behandelten adulten Tieren und Kopfregeneraten war ihre Expression inhibiert oder verändert und spiegelte die beobachteten Kopf-Fehlbildungen wider. Anhand von Transplantationsversuchen und der Untersuchung der Expression von Hywnt3 konnte überdies ein Einfluss des Notch-Signalweges auf die de novo-Ausbildung eines Kopforganisators während der Regeneration beobachtet werden