Konfokales Laserscanning-Mikroskop
Final Report Abstract
In den Arbeitsgruppen Frasch, Nguyen und Reim lieferte das Konfokalmikroskop zentrale Daten für Analysen der Herz- und Muskelentwicklung in Drosophila. So waren für die Untersuchungen der Wanderung der Gründerzellen der longitudinalen Darmmuskeln insbesondere live imaging Analysen wichtig, die entscheidende Einblicke in den normalen Wanderungsvorgang sowie die jeweiligen Veränderungen in verschiedenen mutanten Situationen lieferten. Dadurch konnte geklärt werden, wie die FGF-Liganden Pyr und Ths die Wanderungspfade dieser Zellen regulieren und zugleich auch als trophische Faktoren dienen, um ihr Überleben entlang des korrekten Wanderungssubstrats zu garantieren (AG Frasch, AG Reim). Die Funktion des Muskelidentitätsfaktors Org-1 (Drosophila Tbx1) wurde durch hochauflösende Immunfluoreszenz sowohl an fixierten Embryonen als auch an sich entwickelnden und mit muskelspezifischen GFP- sowie RFP-Insertionen markierten Embryonen eingehend analysiert. Dadurch konnte gezeigt werden, dass Org-1 in einer kleinen Untergruppe von Muskelvorläuferzellen direkt die bereits bekannten Muskelidentitätsgene slou bzw. lb anschaltet und dadurch entscheidend für die korrekte Ausbildung der Identitäten der aus diesen Zellen entstehenden Muskeln ist. In Gründerzellen der zirkulären Darmmuskulatur ist Org-1 wichtig, um im Parasegment 6 die räumlich benachbarte Expression der Signalprotein-kodierenden Gene wg und dpp anzuschalten. Über diesen Regulationsvorgang spielt Org-1 eine wichtige Rolle bei der Ausbildung der Darmkonstriktionen und damit der Morphogenese des Mitteldarms (AG Frasch). Weiterhin wurde die Funktion von Org-1 in den das Herz aufhängenden Alarmuskeln mit Hilfe von genetischen und konfokalmikroskopischen Techniken untersucht. Dadurch konnte die Herkunft dieser Muskeln geklärt werden und gezeigt werden, dass Org-1 ein direkter Aktivator des LIM- Homeobox-Gens tup in diesen Muskeln ist. Mit Hilfe von org-1-RFP Reportergenen konnten außerdem bisher unbekannte, Alarmuskel-ähnliche Muskeln im Kopf und anterioren Thorax identifiziert und charakterisiert werden (AGs Frasch, Reim, Vincent/Toulouse). Konfokalmikroskopie war außerdem entscheidend bei der Entdeckung eines neuartigen Transdifferenzierungsprozesses, bei dem während der Metamorphose aus den Alarmuskeln nach Dedifferenzierung zu mononuklearen Myoblasten synzytiale longitudinale Herz-assoziierte Muskeln entstehen. Durch Untersuchungen von in einem genetischen Vorwärts-Screen erhaltenen Muskelmutanten konnte nachgewiesen werden, dass spezifische Komponenten der extrazellulären Matrix, insbesondere Laminin-beta (v.a. mit seiner LN-Domäne) sowie Kollagen IV, sehr wichtig für die stabile Anheftung dieser Muskeln an den Herzschlauch sind (AGs Reim, Frasch). Im Xenopus Modellsystem konnte durch hochauflösende Untersuchungen der intrazellulären Lokalisierung von Effektorproteinen die molekulare Wirkungsweise der nicht-kanonischen Wnt/Ca2+ Signalkaskade genauer charakterisiert werden. Insbesondere konnte die Stellung von beta-Arrestin in dieser Signalkette genauer definiert werden, welches bei der Gastrulation von Xenopus für die konvergenten Extensionsbewegungen wichtig ist. Dabei wurden funktionelle und molekulare Interaktionen von beta- Arrestin mit dem Wnt-Effektor Dsh und der beta-Untereinheit von trimerischen G-Proteinen aufgedeckt, welche in der Signalkette regulatorisch oberhalb von PKC und CamKII wirken (AG Schambony). Für die Untersuchungen der Genfunktionen von im Rahmen der Forschergruppe iBeetle (FOR 1234) entdeckten Entwicklungsgenen bei Tribolium canasteum wurde das Konfokalmikroskop ebenfalls intensiv genutzt. In diesen derzeit noch laufenden Untersuchungen werden neue Gene der Oozytenentwicklung, embryonalen Achsen- und Musterbildung sowie Muskelentwicklung charakterisiert (AGs Schoppmeier, Klingler, Frasch).
Publications
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Org-1, the Drosophila ortholog of Tbx1, is a direct activator of known identity genes during muscle specification. Development 139, 1001-1012 (2012)
Schaub, C., Nagaso, H., Jin, H., Frasch, M.
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The FGF8-related signals Pyramus and Thisbe promote pathfinding, substrate adhesion, and survival of migrating longitudinal gut muscle founder cells. Dev Biol 368, 28-43 (2012)
Reim, I., Hollfelder, D., Ismat, A., Frasch, M.
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Abba is an essential TRIM/RBCC protein for maintaining the integrity of sarcomeric cytoarchitecture. J Cell Sci 126,3314-3323 (2013)
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Org-1 is required for the diversification of circular visceral muscle founder cells and normal midgut morphogenesis. Dev Biol 376, 245-259 (2013)
Schaub, C., Frasch, M.
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An Org-1-Tup transcriptional cascade reveals different types of alary muscles connecting internal organs in Drosophila. Development 141,3761-3771 (2014)
Boukhatmi, H., Schaub, C., Bataillé, L., Reim, I., Frendo, J.-L., Frasch, M., Vincent, A.
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Distinct functions of the laminin beta LN domain and collagen IV during cardiac extracellular matrix formation and stabilization of alary muscle attachments revealed by EMS mutagenesis in Drosophila. BMC Dev Biol 14, 26 (2014)
Hollfelder, D., Frasch, M., Reim, I.
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ß-Arrestin interacts with the beta/gamma subunits of trimeric G proteins and Dishevelled in the Wnt/Ca2+ pathway in Xenopus gastrulation. PloS One 9, e87132 (2014)
Seitz, K., Dürsch, V., Harnos, J., Bryja, V., Gentzel, M., Schambony, A.
