Untersuchungen zu Interaktionen zwischen bioelektrischen Signalen, Zytoskelettelementen, Zellpolarität und Gewebearchitektur im Ovar von Drosophila Melanogaster

Weiß, Isabel; Pradel, Gabriele; Bohrmann, Johannes

doi:HT020652395

Untersuchungen zu Interaktionen zwischen bioelektrischen Signalen, Zytoskelettelementen, Zellpolarität und Gewebearchitektur im Ovar von Drosophila Melanogaster = Investigations on interactions between bioelectric signals, cytoskeletal elements, cell polarity and tissue architecture in the ovary of Drosophila melanogaster

Weiß, Isabel^RWTH*

2020

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Diplom-Biologin Isabel Weiß

ImpressumAachen 2020

Umfang1 Online-Ressource (141 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Bohrmann, Johannes (Thesis advisor)^RWTH* ; Pradel, Gabriele (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2020-11-16

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2020-11308
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/807374/files/807374.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Bioelektrizität (frei) ; Drosophila (frei) ; Follikelzellen (frei) ; Ionenkanal (frei) ; Ionenpumpe (frei) ; Membranpotential (frei) ; Mikrofilamente (frei) ; Mikrotubuli (frei) ; Musterbildung (frei) ; Oogenese (frei) ; Zellpolarität (frei) ; Zytoskelett (frei) ; intracellular pH (frei) ; intrazellulärer pH (frei) ; ion channel (frei) ; membrane potential (frei) ; microfilament (frei) ; microtubule (frei) ; oogenesis (frei) ; pattern formation (frei) ; pithel (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Bioelektrische Eigenschaften von Zellen sind sowohl während der Entwicklung und Regeneration von Organismen als auch im Zusammenhang mit einer Vielzahl von menschlichen Erkrankungen von Bedeutung. Graduelle Änderungen bioelektrischer Eigenschaften, wie z.B. des Membranpotentials (Vmem), des intrazellulären pH-Werts (pHi), von Ionenkonzentrationen oder extrazellulären Strömen können als Signale für die räumliche und zeitliche Regulation morphogenetischer Prozesse dienen. In der vorliegenden Arbeit werden bioelektrische Gradienten, ihre Entstehung und ihr Einfluss auf das Zytoskelett im Verlauf der Oogenese von Drosophila melanogaster beschrieben. Zur Analyse von pHi- und Vmem-Gradienten wurden der fluoreszierende pH-Indikator 5 CFDA,AM und der potentiometrische Farbstoff DiBAC4(3) verwendet. Basale Mikrofilamente (bMF) und Mikrotubuli (MT) im Follikelzellepithel (FZE) wurden unter Verwendung von fluoreszenzmarkiertem Phalloidin und einem Antiserum gegen α-Tubulin untersucht. Für die Analyse des FZE-spezifischen Zytoskeletts in lebenden Follikeln kam das Gal4-UAS-System zum Einsatz (Lifeact-GFP und αTub84B-GFP). Es wurden stadienspezifische pHi- und Vmem-Gradienten während der Stadien S8 bis S12 untersucht, welche auf asymmetrischen Verteilungs- und Aktivitätsmustern von Ionentransportmechanismen beruhen. Darüber hinaus wurden stadienspezifische bMF- und MT-Muster sowie deren räumliche und zeitliche Korrelationen mit den pHi- und Vmem-Gradienten nachgewiesen. Mit Hilfe von Inhibitoren wurde der Beitrag relevanter Ionentransportmechanismen an der Regulation von pHi und Vmem und am Aufbau der Gradienten im FZE untersucht: Na+/H+-Antiporter und Na+-Kanäle, V-ATPasen, ATP-sensitive K+-Kanäle, spannungsabhängige Typ L Ca2+-Kanäle, Cl--Kanäle und Na+/K+/2Cl--Cotransporter. Der Einsatz der Inhibitoren führte zu Veränderungen von pHi und Vmem sowie deren Gradienten im FZE. Außerdem zeigten sich Modifikationen der Zytoskelettorganisation, welche Veränderungen während der Entwicklung entsprechen. Somit konnten pHi- und Vmem-Änderungen, welche durch die Verwendung von Inhibitoren herbeigeführt wurden, die natürlich auftretenden bioelektrischen Modifikationen im FZE simulieren. Darüber hinaus führten sie zu Veränderungen der Zytoskelett-Organisation, wie sie während der Entwicklung des FZE beobachtet werden können. Die Erkenntnisse, welche in dieser Arbeit gewonnen wurden, tragen zu einem besseren Verständnis der Bedeutung bioelektrischer Signale während der Entwicklung bei.

Bioelectric properties of cells play a role during development and regeneration of organisms as well as in a variety of human diseases. Gradual changes of bioelectric properties, such as membrane potential (Vmem), intracellular pH (pHi), ion concentrations or extracellular currents, serve as signals for the spatial and temporal regulation of morphogenetic processes. In the present study, bioelectric gradients, their formation and their influence on the cytoskeleton during oogenesis of Drosophila melanogaster are described. The fluorescent pH-indicator 5-CFDA,AM and the potentiometric dye DiBAC4(3) were used to analyse pHi- and Vmem-gradients, respectively. Basal microfilaments (bMF) and microtubules (MT) in the follicle-cell epithelium (FCE) were examined using fluorescence-labelled phalloidin and an antiserum against α-tubulin. For the analysis of the FCE-specific cytoskeleton in living follicles, the Gal4-UAS system was used (Lifeact-GFP and αTub84B-GFP). Stage-specific pHi- and Vmem-gradients, which are based on asymmetric distribution and activity patterns of ion-transport mechanisms, were investigated during stages S8 to S12. Furthermore, stage-specific bMF- and MT-patterns and their spatial and temporal correlations with pHi- and Vmem-gradients, respectively, were detected. Inhibitors were used to investigate the contributions of relevant ion-transport mechanisms to the regulation of pHi and Vmem as well as to the establishment of the gradients in the FCE: Na+/H+-antiporters and Na+-channels, V-ATPases, ATP-sensitive K+-channels, voltage-dependent L-type Ca2+-channels, Cl--channels and Na+/K+/2Cl--cotransporters. The use of these inhibitors led to changes of pHi and Vmem as well as of their gradients in the FCE. In addition, modifications of the cytoskeletal organization were observed, which correspond to changes occurring during development. Thus, pHi- and Vmem-changes caused by the use of inhibitors are able to simulate naturally occurring bioelectric modifications in the FCE. In addition, bioelectric modifications led to changes in the cytoskeletal organisation as observed during development of the FCE. Insights gained in this study contribute to a better understanding of the cause and meaning of bioelectric signals during development.

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