Evolution und Funktionalität der Wnt Gene bei der Fruchtfliege Drosophila melanogaster

• Antragstellerin: Dr. Franziska Anni Franke
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 351217092

Der Wnt Signalweg reguliert verschiedene biologische Prozesse während der Embryonalentwicklung bei Tieren, unter anderen Zelldifferenzierung, -teilung und -strukturierung. Es gibt dreizehn Wnt-Liganden bei den Metazoa, wovon sieben bei der Fruchtfliege Drosophila melanogaster zu finden sind. Die meisten Metazoa besitzen eine größere Anzahl an Wnt Liganden. Obwohl einige Wnt-Gene überschneidende Funktionen während der Embryogenese von Drosophila aufweisen, geht man davon aus, dass diese während des Signalweges kooperativ agieren, während andere Wnt-Gene wiederum spezifische Funktionen zeigen. Die molekularen Mechanismen für die funktionelle Diversifikation der Wnt Proteine und deren individuellen Interaktionen mit Rezeptoren und anderen Proteinen sind bisher unbekannt. In diesem Projekt werde ich daher ein neuartiges Intregrationssystem anwenden, um Proteinsequenzen zu identifizieren, die für die funktionellen Unterschiede der Wnt-Gene verantwortlich sind. Dabei wird das CRISPR/Cas9 System zur Genommanipulation eingesetzt, um Genom-Sequenzen individuell zu entfernen und gleichzeitig exogene DNA mithilfe von spezifischen Targeting-Vektoren einzusetzen. Dieses System stellt eine einzigartige Möglichkeit dar, Funktionen von Wnt Liganden direkt zu testen und zu vergleichen. Folglich kann man klären, ob manche Liganden Funktionen anderer Liganden ersetzen können, um so die molekularen Unterschiede zwischen den Liganden zu verstehen. Ich werde daher testen, ob wingless (wg) und Wnt6 sich nach einem Gen-Knockout in Bezug auf den resultierenden Phänotyp ersetzen können. Als nächstes werde ich prüfen, ob Wnt10 und Wnt9 ihre Funktionen im Laufe der Embryonalentwicklung kompensieren können. Da es unwahrscheinlich ist, dass ein Wnt-Gen ein anderes vollständig und funktionell ersetzen kann, werde ich Gen-Chimären einsetzen, um die für die Diversifikation von zwei Wnt Liganden verantwortlichen Domänen zu charakterisieren. Ich werde deshalb wg-Wnt6 beziehungsweise Wnt9-Wnt10 Gen-Chimären verwenden und testen, ob diese eine Rettung des Gen-Knockouts ermöglichen. Im unwahrscheinlichen Fall, dass Wg und Wnt6 bzw. Wnt9 und Wnt10 vollständig funktionell kompatibel sind, werde ich den nächst-verwandten Liganden Wnt8 und entsprechende Chimären heranziehen. Das Projekt wird dabei helfen die funktionellen Unterschiede von Wnt Liganden zu identifizieren und wird klären, inwiefern diese Liganden Entwicklungsprozesse individuell und in Kombination regulieren. Die Ergebnisse werden zudem weitere Erkenntnisse des Wnt-Signalweges bei Entwicklungs- und degenerativen Erkrankungen, einschließlich verschiedener Krebserkrankungen, liefern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Alistair Peter McGregor