Biological Form: Inner Representation of Order by Genes controlling Cell Focussing
Pattern formation is an essential event during embryonic development. In this process different
cell types are induced and they also acquire their respective positions within the developing body.
Classically, development was viewed as either deterministic or regulative. The latter was almost
exclusively used for higher organisms such as vertebrates. However, one could argue that
development is regulative in all organisms and this thesis provides data from the small nematode
Caenorhabditis elegans to ask if this notion holds true. A crucial aspect of pattern formation is the
sorting of cells, since the different cells that arise during development need to be placed in the
correct positions, in order to fulfill their physiological functions. Many hypotheses have been
proposed to explain the cell sorting processes going on during development but lack convincing
evidence in in vivo systems. Recently, the cell focussing hypothesis was proposed to explain cell
sorting during C. elegans development. According to this hypothesis cells sort according to their
respective cell fates by actively migrating through the developing embryo. However, the molecules
involved in cell focussing remained elusive. Here, evidence is presented for the two tumor necrosis
factor receptor molecules CFOA-1 and CFON-1 as well as the Frizzled receptor CFZ-2 and their
involvement in cell focussing. CFOA-1 is ubiquitously expressed and necessary for translating
extrinsic signals into directed cell migrations. CFON-1 is expressed in the endoderm and
mesoderm and acts as a local guidance cue for ectodermal cells. The corresponding receptor in
the ectoderm is CFZ-2. Experiments analyzing the recessive mutant phenotypes of engineered
null-mutants are complemented by overexpression experiments, ectopic expression experiments,
the study of protein-protein interactions and laser micro surgery of early embryos. The phenotypes
observed here highlight the regulative nature of the development of the worm, thus supporting the
notion that there is only one mode of development
Die Musterbildung ist ein essentielles Ereignis während der Embryogenese. In diesem Prozess
werden unterschiedliche Zelltypen induziert und diese erlangen ihre jeweiligen Positionen, im sich
entwickelnden Körperplan. Klassisch wird die Embryogenese als entweder determiniert oder
regulativ angesehen. Letzteres wurde annähernd exklusiv für höhere Organismen wie Vertebraten
verwendet. Man kann jedoch behaupten, dass die Embryonalentwicklung in allen Organismen
regulativ ist und diese Arbeit stellt Daten, aus dem kleinen Nematoden Caenorhabditis elegans
bereit, um zu fragen, ob diese Vorstellung zutrifft. Ein kritischer Aspekt der Musterbildung ist die
Sortierung von Zellen, da die verschiedenen Zellen, die während der Entwicklung entstehen,
korrekt platziert werden müssen, um ihre physiologischen Rollen zu erfüllen. Viele Hypothesen
wurden vorgeschlagen, um die Zellsortierungsprozesse während der Entwicklung zu erklären,
jedoch fehlt es an überzeugenden Beweisen aus in vivo Systemen. Kürzlich wurde die
Zellfokussierungshypothese vorgeschlagen, um Zellsortierung im C. elegans Embryo zu erklären.
Die Moleküle, die an der Zellfokussierung beteiligt sind, blieben jedoch unbekannt. Hier werden
Beweise erbracht, für die Beteiligung von den zwei Tumornekorsefaktor Rezeptor Molekülen
CFOA-1 und CFON-1, sowie für den Frizzled Rezeptor CFZ-2, an der Zellfokussierung. CFOA-1
ist ubiquitär exprimiert und nötig, um extrinsische Signale in gerichtete Zellmigration zu
übersetzen. CFOA-1 wird im Endoderm und Mesoderm exprimiert und fungiert als lokales
Migrationssignal für Zellen des Ectoderms. Der korrespondierende Rezeptor im Ectoderm ist CFZ
2. Experimente in denen der rezessive Phänotyp von gentechnisch veränderten Nullmutanten
analysiert wird, werden komplementiert durch Überexpressionsexperimente, ectopische
Expression, Protein-Protein-Interaktionsstudien sowie Laser mikro-Operationen von frühen
Embryonen. Die hier beobachteten Phänotypen unterstreichen die regulative Natur der
Entwicklung des Wurms und stützen die Vorstellung, dass es nur einen Modus der Embryogenese
gibt.
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