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Untersuchungen zur dualen Funktion von beta-Catenin im Wnt-Signalweg und der Cadherin-vermittelten Zelladhäsion bei Hydra

Cramer von Laue, Christoph :
Untersuchungen zur dualen Funktion von beta-Catenin im Wnt-Signalweg und der Cadherin-vermittelten Zelladhäsion bei Hydra.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2004)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Untersuchungen zur dualen Funktion von beta-Catenin im Wnt-Signalweg und der Cadherin-vermittelten Zelladhäsion bei Hydra
Language: German
Abstract:

In höheren Metazoen besitzt beta-Catenin aus der Familie der armadillo-repeat-Moleküle eine duale Funktion in Signaltransduktionswegen und in Zellverbindungen und ist damit von großer Bedeutung für frühe Entwicklungsprozesse. Als Bestandteil des Wnt-Signalweges ist es an der Ausbildung von Körperachsen beteiligt. In Cadherin-vermittelten Adhäsionskomplexen stellt es die Verbindung zwischen den Zell-Zell-kontakten und dem Cytoskelett her und hat damit wesentlichen Einfluss auf das Adhäsionsverhalten der Zellen. Ein funktionaler Zusammenhang zwischen diesen beiden Aufgaben des Moleküls ist erst ansatzweise verstanden. Der basale Metazoe Hydra besitzt die aussergewöhnliche Fähigkeit, aus vereinzelten Zellen Aggregate zu bilden, in denen sich die Zellen neu organisieren und vollständige Tochterpolypen bilden. Dadurch lassen sich in Hydra-Aggregaten die Mechanismen der Zelladhäsion und zugleich Prozesse der Musterbildung untersuchen. Die Analysen in dieser Arbeit zum Expressionsmuster von beta-Catenin in adulten Polypen, in der Kopfregeneration und in Aggregaten zeigen, dass seine Funktion im Zusammenhang mit der Entstehung und Aufrechterhaltung von Kopforganisations-zentren und der Ausbildung der Körperachse steht. Zugleich ist beta-Catenin in Hydra in Mechanismen der Zelladhäsion eingebunden und scheint in dieser Funktion auch in der differentiellen Zellerkennung eine Rolle zu spielen. Die duale Funktion von beta-Catenin in Hydra konnte sowohl durch RNA-Expressionsanalysen als auch durch zwei in dieser Arbeit generierte Antikörper bestätigt werden. Die Isolation von zwei Zelladhäsionsmolekülen, die in höheren Metazoen gemeinsam mit beta-Catenin in Zellverbindungen lokalisieren, lieferte starke Hinweise auf die Existenz eines Adhäsionskomplexes, der bislang in Hydra noch nicht detektiert werden konnte. Nach dem Hydra-Homolog eines klassischen Cadherins konnte in dieser Arbeit ein Molekül der delta-Catenin/p120/Plakophilin-Familie kloniert werden. Die Funktion und Bedeutung dieser Molekül-Gruppe bei der Bildung und Regulation von Cadherin-vermittelten Adhäsionskomplexen ist bislang unzureichend geklärt. Die Expressionsanalysen der delta-Catenin- und Cadherin-Moleküle in Hydra bestätigen ihre Funktion in Adhäsionsprozessen. Darüber hinaus scheinen beide Moleküle bei der Entwicklung und Wegfindung neuronaler Zellen von Bedeutung zu sein. Ihre strenge Synexpression zeigt, dass in Hydra das delta-Catenin-Molekül schon in die frühe Phase der Bildung von Adhäsionskomplexen eingebunden ist. Ein gegen eine kurze Peptidsequenz des Hydra-Cadherins generierter Antikörper lieferte keine weiteren Hinweise auf die Lokalisation von Adhäsionskomplexen in Hydra. Er detektiert aber in den Polypen verschiedene Subpopulationen von Ganglion- und sensorischen Nervenzellen und zeigt damit ein sehr viel komplexeres Bild des Nervengewebes in Hydra, als es bislang dargestellt werden konnte. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen den Schluss zu, dass die Rolle von beta-Catenin im Wnt-Signalweg und in der Zelladhäsion evolutiv konserviert ist und wahrscheinlich die Bildung von Organisationszentren begünstigt. Zugleich zeigt die Expression von beta-Catenin, Cadherin und delta-Catenin in den neuronalen und epithelialen Zelllinien von Hydra, dass auch die neuro-epitheliale Funktion des Adhäsionkomplexes evolutiv sehr alt ist.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In higher metazoans the armadillo repeat molecule beta-Catenin has a dual function in signal transduction pathways as well as in cell adhesion complexes. Furthermore it is of fundamental importance for a variety of developmental processes. beta-Catenin, as a central transducer in Wnt signaling plays a pivotal role in the formation of body axis. In Cadherin based adhesion complexes beta-Catenin forms a molecular bridge between the cell-cell contacts and the cytoskeleton. The functional linkage between these different complexes is not clearly deciphered. Dissociated single cells of the basal metazoan Hydra can associate to aggregates and reorganize to complete polyps. Therefore Hydra cell aggregates are a suitable model system to analyze processes of cell adhesion and pattern formation. In this study the expression pattern of beta-Catenin in adult polyps, head regeneration and aggregates demonstrate the function of this protein in establishing and maintaining head organizing cell complexes and in the formation of the single body axis. Moreover beta-Catenin is involved in a mechanism of cell adhesion and differential cell sorting. This dual function of beta-Catenin in Hydra has been demonstrated by RNA expression analysis as well as on protein level using two new antibodies which were generated during this study. Two additional adhesion molecules which colocalize in higher metazoans in cell-cell contacts with beta-Catenin were isolated in Hydra. Therefore it is tempting to propose the existence of an adhesion complex which has not been detected in Hydra yet. Although a Two-Hybrid-Screen using the Hydra beta-Catenin as a bait resulted in the cloning of a classical Cadherin and a protein of the delta-Catenin/p120/Plakophilin family. The function of this protein family in the formation and regulation of adhesion complexes is still not clear. The expression analysis of Hydra delta-Catenin and Cadherin not only confirms their role in adhesion processes but also in the development and pathfinding of neural cells. The tight synexpression of these molecules supports the idea of an important role for delta-Catenin in early stages of adhesion complex formation. An antibody against a peptide of Hydra Cadherin gave no further information about the localization of the adhesion complexes. However, various subpopulations of ganglion and sensoric nerv cells were detected with this antibody allowing an excellent visualisation of neuronal tissue in Hydra. In conclusion this study demonstrate the evolutionary conserved function of delta-Catenin in Wnt signaling, cell adhesion, and the formation of organizing centers. Moreover the expression profile of beta-Catenin, Cadherin, and delta-Catenin in neuronal and epithelial cell lines demonstrate that the neuro-epithelial function of the adhesion complex is evolutionary conserved.English
Uncontrolled Keywords: beta-Catenin, Wnt Signalweg, Achsenbildung, Cadherin, delta-Catenin, Adhäsionskomplex, Aggregation, Zellorganisation
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
beta-Catenin, Wnt Signalweg, Achsenbildung, Cadherin, delta-Catenin, Adhäsionskomplex, Aggregation, ZellorganisationGerman
beta-Catenin, Wnt signaling, pattern formation, body axis, Cadherin, delta-Catenin, adhesion complex, aggregation, cell organisation, regenerationEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Divisions: Biology
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:49
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000421
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-4213
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Holstein, Prof. Dr. Thomas W. and Layer, Prof. Dr. Paul
Advisors: Holstein, Prof. Dr. Thomas W.
Refereed: 14 February 2003
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/421
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