Bioelektrische Phänomene im Ovar von Drosophila melanogaster: stadienspezifische Verteilungsmuster von Membranpotential, pH-Wert und Membrankanalproteinen sowie deren Wechselwirkungen

Krüger, Julia; Bohrmann, Johannes

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-52301

Bioelektrische Phänomene im Ovar von Drosophila melanogaster: stadienspezifische Verteilungsmuster von Membranpotential, pH-Wert und Membrankanalproteinen sowie deren Wechselwirkungen = Bioelectric phenomena in the ovary of Drosophila melanogaster : stage-specific distribution patterns of membrane-potential, intracellular pH and membrane-channel proteins as well as their interrelationships

Krüger, Julia (Author)

2014

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Julia Krüger

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2014

Umfang143 Bl. : Ill.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Druckausg.: Krüger, Julia: Bioelektrische Phänomene im Ovar von Drosophila melanogaster: stadienspezifische Verteilungsmuster von Membranpotential, pH-Wert und Membrankanalproteinen sowie deren Wechselwirkungen

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Bohrmann, Johannes (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-10-07

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-52301
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/459456/files/5230.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Drosophila (Genormte SW) ; Oogenese (Genormte SW) ; Bioelektrizität (Genormte SW) ; Musterbildung (Genormte SW) ; Membranpotenzial (Genormte SW) ; Ionenkanal (Genormte SW) ; Ionenpumpe (Genormte SW) ; Gap junction (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; Drosophila (frei) ; oogenesis (frei) ; bioelectricity (frei) ; pattern formation (frei) ; membrane potential (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
In der vorliegenden Arbeit wurden bioelektrische Signale in Form von intrazellulären elektrischen Potentialen und intrazellulären pH-Werten im Verlauf der Oogenese von Drosophila melanogaster fluoreszenzmikroskopisch untersucht. Dabei kamen der potentiometrische Farbstoff DiBAC4 und der pH-Wert-Indikator 5-CFDA,AM zum Einsatz. Für beide Fluoreszenzfarbstoffe wurden charakteristische und stadienspezifische Intensitätsmuster gefunden, die sowohl Potential- als auch pH-Wert-Gradienten innerhalb des Follikelzellepithels, der Nährzellpopulation und der Oozyte anzeigen. Insbesondere in den vitellogenen Entwicklungsstadien S9 bis S10B wurden entlang der dorsoventralen und entlang der anteroposterioren Follikelachse entsprechende Potential- und pH-Wert-Gradienten gefunden. Bioelektrische Signale resultieren aus der Aktivität und Verteilung von Ionentransportmechanismen. Um Hinweise auf den Ursprung der gefundenen Muster zu erhalten, wurde die Verteilung verschiedener Kanäle und Pumpen im Ovarfollikel untersucht, wobei der Nachweis entweder immunhistochemisch durch Antikörper oder mit Hilfe von fluoreszierenden Inhibitoren erfolgte. Es wurde die Lokalisation von V-ATPasen, Gap-Junctions, Typ-L Ca2+-Kanälen, ATP-abhängigen K+-Kanälen, Na+,H+-Antiportern und Na+-Kanälen untersucht. Für alle Ionentransportmechanismen konnten entlang der dorsoventralen und/oder entlang der anteroposterioren Follikelachse Asymmetrien im Verteilungsmuster gezeigt werden, die wahrscheinlich alle in Zusammenhang mit den Potential- bzw. pH-Wert-Mustern stehen. So konnten Korrelationen zwischen dem Aktivitätsmuster von spannungsgesteuerten Typ-L Ca2+-Kanälen und dem Auftreten depolarisierter Membranpotentiale gefunden werden, die einen Mechanismus nahelegen, bei dem spannungsgesteuerte Ca2+-Ströme Membranpotentialänderungen in zelluläre Antworten übersetzen. Des Weiteren konnten Übereinstimmungen zwischen pH-Wert-Gradienten und Konzentrationsgradienten von Amilorid-sensitiven Ionentransportern innerhalb der Nährzellpopulation nachgewiesen werden, welche auf eine Beteiligung von Na+,H+-Antiportern an der pH-Wert-Regulation im Ovarfollikel hindeuten. Durch den Einsatz von Inhibitoren konnte ein direkter Einfluss der Aktivitäten von V-ATPasen und Na+-Kanälen auf die Membranpotentiale verschiedener Zellen des Ovarfollikels gezeigt werden. Immunhistochemische Doppelfärbungen lieferten erneut Hinweise darauf, dass das Protein Ductin im Ovarfollikel sowohl als Bestandteil von V-ATPasen als auch in Verbindung mit Gap-Junctions auftritt.

In the present study two forms of bioelectric signals (intracellular electrical potentials and intracellular pH) were analysed in ovarian follicles of Drosophila melanogaster using fluorescence microscopy. With the potentiometric dye DiBAC4 and the fluorescent pH-indicator 5-CFDA,AM characteristic and stage-specific intensity-patterns were found, indicating potential-gradients as well as pH-gradients within the follicle-cell epithelium, the nurse-cell population and within the oocyte. Especially, during vitellogenic stages S9 to S10B such gradients were observed along the antero-posterior and along the dorso-ventral axes. Bioelectric signals result from the activity and distribution of ion-transport mechanisms. In order to reveal the origin of bioelectric patterns, the distribution of different channels and pumps in the follicles was analysed either immunohistochemically or with fluorescent inhibitors. The localization of V-ATPases, gap junctions, L-type Ca2+-channels, ATP-dependend K+-channels, Na+,H+-antiporters and Na+-channels has been studied. For all of these ion-transport mechanisms, asymmetries in their distributions along the antero-posterior and the dorso-ventral axes were found, indicating interrelationships with the observed potential- and pH-patterns. Between the activity-pattern of voltage-gated L-type Ca2+-channels and the patterns of depolarized membrane-potentials a close accordance was observed which indicates a mechanism by which alterations of the membrane-potential are translated into cellular responses by Ca2+-currents. Further, there is accordance between pH-gradients and concentration-gradients of amiloride-sensitive ion-transporters within the nurse-cell population, suggesting an involvement of Na+,H+-antiporters in the regulation of the intracellular pH. V-ATPases and Na+-channels were shown to have a direct influence on the membrane-potentials. We found further evidence that the protein ductin is part of V-ATPases and is also colocalized with gap-junctions in the ovarian follicle.

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