Oral-aborale Domänenabgrenzung in einer Seeanemone

Während der Embryonalentwicklung benötigt der Embryo ein System molekularer Koordinaten die Körperachsen um den Organismus in verschiedene Regionen mit Körperteilen und Organen zu unterteilen. Sind die Körperachsen festgelegt, können die genetischen Programme, die das Wachstum jedes Körperteils regulieren, an den richtigen Positionen aktiviert werden. Diesen Prozess nennt man axiale Musterbildung, den wir in Embryonen der Seeanemone Nematostella vectensis untersuchen. Seeanemonen und Korallen gehören zu Cnidaria, einer evolutionären Schwester von Bilateria (eine große Gruppe, die alle konventionellen Tiere umfasst, d. h. Wirbeltiere und eine große Mehrheit der Wirbellosen). Der Vergleich der Musterbildungsprozesse zwischen Cnidaria und Bilateria kann uns Aufschluss darüber geben, wie sich diese Mechanismen in der Evolution entwickelt haben. Die Bildung von exakten Grenzen zwischen angrenzenden Domänen, ist ein bedeutendes Merkmal der axialen Musterbildung. Auf Genexpressionsebene werden diese Grenzen viel früher festgelegt, als diese morphologisch sichtbar sind. In Bilateria-Embryonen (Fruchtfliege, Maus etc.) werden normalerweise scharfe Grenzen gesetzt, wenn benachbarte Zellen beginnen, sich gegenseitig reprimiernde Transkriptionsfaktoren zu exprimieren. In diesem FWF-Projekt werden wir die Idee testen, dass die gegenseitige Repression benachbarter axialer Domänen das angestammte axiale Musterbildungsprinzip darstellt, indem wir den Mechanismus der Bildung von zwei scharfen molekularen Grenzen in Nematostella untersuchen: die aboralen Grenzen der FoxA- und Brachyury- Genexpression. Wenn die gegenseitige Repressionshypothese richtig ist, sollten die Gene, die die transkriptionellen Repressoren von FoxA und Brachyury codieren, direkt von FoxA- und Brachyury- Transkriptionsfaktoren gebunden werden. Wir werden Kandidaten für solche transkriptionelle Repressoren unter den von Brachyury und FoxA gebundenen Genen identifizieren und sie dann systematisch mit RNAi ausschalten. Wenn unsere Hypothese richtig ist, werden wir in der Lage sein, die scharfe FoxA- und Brachyury-Domänengrenze in eine unscharfe umzuwandeln. Eine weitere faszinierende Frage ist der Mechanismus der Bildung der aboralen/anterioren Domäne des Nematostella-Embryos. Bei bilateralen Tieren und Nematostella ist die anteriore molekulare Identität die standardmäßige, mütterlich auferlegte Identität, die dann durch Signale, die vom sich bildenden posteriorem Ende ausgehen, auf das anteriore Ende des Embryos beschränkt wird. Der Mechanismus, durch den sich die mütterliche anteriore Identität in eine zygotische vordere Identität in Nematostella ändert, unterscheidet sich jedoch drastisch von dem Mechanismus, der in Bilateria verwendet wird, und wir möchten ihn verstehen. Wir werden 10x Multiomics in Kombination mit Knockdown-Experimenten verwenden, um die Faktoren zu identifizieren, die für die Bildung der zygotischen anterioren Identität verantwortlich sind.