W7

Question 1

Hierarchie der Segmentationsgene

Answer 1

• gap Gene: definieren regionale Unterschiede in Exprimierung der pair-rule Gene, z.B. hunchback (hb)
• pair-rule Gene: definieren Parasegmente und Andeutung von Segmenten, z.B. evenskipped (eve), fushi tarazu (ftz)
  -Segmentationsgene/Segmentpolaritätsgene: bilden das Muster der Segmente aus, z.B.
  engrailed (ed)
• Homeotische Gene/Selektorgene: determinieren Segmentidentität, z.B. abominal-A (abd-A)

Question 2

GAP GENE

Answer 2

• Zygotisch Gene, die mehrere Segmente betreffen
• Gap Gen-Expression an verschiedenen Punkten entlang der antero-posterior-Achse ist kontrollliert durch: Konzentration von bicoid und hunchback, Interaktionen zw. Verschiedenen Gap Genen
• Expressionsmuster der Gap Gene bildet aperiodisches Muster von Transkriptionsfaktoren entlang der antero-posterior-Achse > Abgrenzung von Körperregionen

Question 3

Bicoid (maternal) aktiviert hunchback (zygotisch)

Answer 3

• Gewisser Schwellenwert der bicoid-Konzentration muss erreicht sein, damit hunchback exprimiert wird
• danach nimmt hunchback-Expression proportional mit bicoid-Konzentration zu

Question 4

Regulatorische Interaktionen zw. Gap Genen

Answer 4

• Krüppel-Genaktivität ist über hunckback-Protein reguliert - Ab gewisser Konzentration von hunchback (Schwellenwert) ist
  Krüppel aktiv, bei zu hohen hb- Konz. wird krüppel reprimiert> krüppel wird nur in Mitte
  exprimiert
• Bicoid-Mutanten: kein bicoid
  > kein zygotisches hunchback, nur maternales Hunchback vorhanden (anterior) > krüppel ist anterior exprimiert
• Gradienten der maternalen Transkriptionsfaktoren Bicoid, Caudal und Hunchback regulieren Transkription der Gap
  Gene
• hunchback und caudal sind sowohl maternal als auch zygotisch exprimiert
• die Gap Gen-kodierten Proteine diffundieren und ihre Interaktionen sind von eminenter sehr wichtig für Aktivierung der Pair Rule Gene
• an Polen des Embryos führt Torso-Signalkaskade zur Aktivierung der Gap Gene tailless und huckebein> maternale und zygotische Faktoren regulieren die Gap Gene

Question 5

PAIR RULE GENE

Answer 5

• Repetitives Expressionsmuster
• Primäre PRG: 1. Segmentierung, Ausbildung des grundsätzlichen Musters
• Sekundäre PRG: benutzen bereits etabliertes Muster der primären PRG, genauere Differenzierung der einzelnen Zellen
• Pair Rule Gen-Expression bildet Parasegmente, jedes Pair Rule Gen ist in alternierendem Parasegmenten exprimiert, even-skipped und fushi tarazu

Question 6

Kombinatorische Genregulation bestimmt Expressionsdomänen der Streifen

Answer 6

• Unterschiedlichen Konzentrationen der Gap Gene hunchbak, giant und Krüppel
  lokalisieren even-skipped
• Hunchback aktiviert eve, giant begrenzt eve nach vorne, krüppel begrenze eve nach hinten

Question 7

Zellschicksal

Answer 7

Das Zellschicksal beschreibt, in was (z.B. welchen Zell- oder Gewebetyp) sich eine Zelle normalerweise entwickeln wird. Durch das Markieren von Zellen im Embryo können embryonale Zellschicksalskarten (fate maps) erstellt werden. Dass eine Zelle normalerweise
ein bestimmtes Zellschicksal hat, bedeutet aber nicht, dass sie in einer anderen Umgebung nicht eine andere Entwicklungsrichtung einschlagen kann.

Question 8

Kompartimente

Answer 8

Kompartimente sind diskrete Domänen eines Embryos, welche durch die Nachkommen einer kleinen Gruppe von Gründerzellen gebildet werden und die einer Einschränkung des Zellschicksals unterworfen sind. Zellen in Kompartimenten respektieren die Kompartimentsgrenzen und wandern nicht in benachbarte Kompartimente. Kompartimente
verhalten sich als diskrete entwicklungsbiologische Einheiten.

Question 9

SEGMENTPOLARITÄTSGENE

Answer 9

• PRG initiieren Segmentpolaritätsgene
  (wingless, engrailed, hedgehog)
• Interaktionen zw. hedgehog (hh), wingless
  (wg) und engrailed (en) an den
  Kompartimentsgrenzen kontrollieren das
  Muster der Dentikel (Borsten)
• Im posterioren Kompartiment eines
  Segments werden en und hh exprimiert
• hg aktviert wg-Expression im anterioren
  Kompartiment des Segments
• wg wird exprimiert und aktiviert in feedback-loop Expression von hh und en> Stabilisierung und Erhaltung der Kompatimentsgrenzen
• wg-Mutanten: en und hh werden nicht
  exprimiert, Verlust der Kompartimentsgrenzen und des typischen Dentikelmusters

Question 10

HOMEOTISCHE GENE

Answer 10

Homeosis = Homeotische Transformation
Homeosis ist die vollständige oder teilweise Umwandlung von Strukturen eines
Körpersegments in die entsprechenden Strukturen eines anderen Segmentes. Homeosis kann infolge von Mutationen oder bei Regenerationsprozessen auftreten. Bsp. Mausembryo: in loss-of-function homozygote Mutante Hoxc8, ist der erste Lumbarwirbel zu einem Rippen-tragenden Thoraxwirbel transformiert worden

Homeotische Gene

• führen im mutierten Zustand zu Homeosis
• sind Masterregulatoren, die andere Gene regulieren
• in Drosophila und Vertebraten sind sie in Komplexen organisiert
• räumliche und temporale Expression entspricht ihrer Anordnung auf Chromosom>Kolinearität

Question 11

HOX GENE

Answer 11

• Familie von homeotischen Genen
• kombinatorische HOX Expression entlang der anteroposterioren-Körperachse bestimmt die Identität des Segments
• sind hoch konserviert, in Säugern: 4 HOX-Cluster
• auch bei HOX Genen Kolinearität