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Differenzierung, Entwicklung, gewebespezifische Genaktivität, die ...

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Individualentwicklung


Gestalten der Embryonenverschiedener WirbeltiereDie Ontogenie ist <strong>die</strong> kurze und schnelle Rekapitulation der PhylogenieKeimesgeschichte ist ein Auszug der Stammesgeschichte


Abb. 11Die syncytialen und zellulärenBlastodermsta<strong>die</strong>n des Fliegenembryos


Vom Blastoderm zur LarveAnlagenplan / Schicksalskarte(Fate map):Eine zytologische Karte, <strong>die</strong>bestimmt, welche blastoderm-Zelle an welchen Körperteil derLarvae entspricht. Wenn <strong>die</strong> Zellebeschädigt wird, derdementsprechende Körperteilfehlt.Abb. 12


Imaginalscheiben und ihreAdultstrukturenbb. 13


Abb. 14Die Segmentierungsgene


Molekulare Analyse des ftz-GensAbb. 15


Morphogengra<strong>die</strong>nten beiDrosophilaAbb. 16


Der Bcd-Gra<strong>die</strong>nta: Kurz nach derEiablageb: SynzytialesBlastodermAbb. 17


Die dorso-ventrale Achse beiDrosophilaAbb. 18


Morphogengra<strong>die</strong>nten und Gap-GenexpressionAbb. 19


Die Regulation der Krüppel-Domäne (Gap-Gen)In-situ-Färbung von KrüppelAbb. 20


Entstehung des even-skipped-Streifens 2 (Paarregelgen)Abb. 21


Exprimierung vonSegmentpolaritätgeneAbb. 22


Abb. 23Homeotische Mutationen


Der Genkomplex der homeotischenGeneAbb. 24


Das Antennapedia-Gen und <strong>die</strong>HomeoboxAbb. 25


Antennapedia Homeodomäne und<strong>die</strong> tierischen OrthologenAbb. 26


Die dreidimensionale Struktur der Antennapedia-Homeobox (Helix-Turn-Helix-Motiv) ind ihre Bindung an <strong>die</strong> DNAAbb. 27


HOM-C- und Hox-Cluster bei derFliege und MausAbb. 28


Steuerung der <strong>Entwicklung</strong> derExtremitäten durch Hox-Gene bei MausAbb. 29


Der Phenotyp der Hoxc-8 -/- MausAbb. 30


Die ähnliche, sequenzielle Expressionhomeotischer Gene in Drosophila und MausAbb. 31


Evolutionell konservierte<strong>Entwicklung</strong>sgeneTab. 1


<strong>Entwicklung</strong> der ExtremitätenUpper limbdevelopmentDie Extremitätenknospen entstehen am lateralen Körper auf Höhe der SklerotomeDie Knospen wachsen in Richtung der proximodistalen, dorsoventralen undcraniocaudalen (antero-posterior) Achsen und benötigen Positions-SignalmoleküleFibroblastenwachstumsfaktoren (FGF) – Familie produziert durch AER (apicalectodermal ridge) Zellen erfüllen <strong>die</strong> Funktion der Apikalleiste. (Proximo-distaleRichtung)Sonic hedgehog (Shh, Segmentpolaritätsgen) bestimmt <strong>die</strong> Musterung entlangder A-P AchseD-V Achse: Vertebratenhomolog des Drosophila engrailed (Homeodomäne)Wnt7a (wingless-integrated) und Lmx1 mediiert1. Apical ectodermalridge2. Ectoderm3. Mesenchymal core4. Mesenchymalprimordia of bones5. Digital ray6. Loosemesenchchyme7. Cartilaginous bonemodels8. Radius9. Humerus10. Ulna11. Carpus


Die molekularen Gründe derExtremitätenknospenentwicklunghttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?highlight=fgf10&rid=dbio.figgrp.3953


<strong>Differenzierung</strong> in der anterioren-posterioren Richtung<strong>Differenzierung</strong> in der anterioren-posterioren Richtung steuert <strong>die</strong> s.g. polarisierende Zellgruppe (ZPA, zone ofpolarizing activity), <strong>die</strong> Shh exprimieren.Die ZPA ist eine kleine Zellgruppe mit mesodermalem Ursprung in den hinteren Ecke der Gliedmassenknospen.Das Schicksal der Zellen hängt von ihrer Position in der Gliedmassenknospe, von der Positionsinformation derStelle, wo <strong>die</strong> Zellen sind.Es werden Zellen, <strong>die</strong> durch Apoptose absterben, andere entwickeln <strong>die</strong> Finger.Den Typ der Finger bestimmt der Abstand von ZPA: Je mehr Zeit verbringen <strong>die</strong> Zellen unter dem Einfluss derZPA, desto längerer Finger gebildet wird.Wenn in den vorderen Fuß der Gliedmassen ZPA eingepflanzt wird, sind <strong>die</strong> Finger Spiegelsymmetrischausgebildet.Das in der ZPA-Zellen gebildete Shh-Protein induziert <strong>die</strong> Synthese der Bmp2 und Bmp7 (Bone morphogenicprotein) Proteinmoleküle, deren Diffusions das Schicksal und <strong>die</strong> Position der Zellen in derGliedmassenknospen bestimmt.


HOLT-ORAM SYNDROME; HOST-BOX 5, TBX5Ob ein Extremitätenknospen sich in vorderen oder hinteren Gliedmaßenentwickelt, definiert es <strong>die</strong> Tbx5 (vordere) oder Tbx4 der (hintere) Genexpression.Die TBX-Gene ko<strong>die</strong>ren für Transkriptionsfaktoren.Funktionsverlust-Mutationen des TBX5-Gens beim Menschen verursacht Holt-Oram-Syndrom; Vordergliedmaßen entwickeln sich nur teilweise.


Fehlerhafte Rekapitulation derPhylogenie: AtavismusRudimentäre Organe beim Menschen(Funktionslose Reste, Rückschlag)Das SteißbeinFunktionslose Muskeln der OhrmuschelnDie Behaarung des Körpers (Wolfsmenschen)BrustwarzenvermehrungAbb. 32


Wichtige Fachausdrücke• Individualentwicklung, Ontogenese• syncytiales Blastoderm• zelluläres Blastoderm• Anlagenplan / Schicksalskarte (Fate map)• Segment, Parasegment• Segmentierungsgene• Zeitlich-räumliche Exprimierung derSegmentationsgene• Maternale Gene• Anterior-posteriores Koordinatensystem derOozyten• Morphogene• Bicoid,• Nanos,• Hunchback,• Caudal Morphogene• Engrailed• Dorsal, Dorsalisierung• Paarregelgene• Segmentpolaritätsgene• Homeotische Selektorgene• Segmentdifferenzierung• Apikalleiste (apical ectodermal ridge)• Sonic hedgehog• Fibroblastenwachstumsfaktoren (FGF)• polarisierende Zellgruppe (ZPA, zone of polarizingactivity)• ZPA Einpflanzung, Spiegelsymmetrische Finger• HOLT-ORAM SYNDROME• Atavismus


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