Funktion des ß-Catenins in der Entwicklung der Seeanemone

Die überwiegende Mehrheit der Tiere gehört zur Gruppe der Bilateria, deren Mitglieder sich durch zwei Körperachsen auszeichnen - die posterior-anteriore und die dorsal-ventrale. In Bilateria-Embryonen ist der beta-Catenin-Signaltransduktionsweg für zwei Prozesse entscheidend, die sehr früh während der Entwicklung stattfinden. Zunächst spezifiziert das mütterlicherseits deponierte beta-Catenin das Endomesoderm, eine embryonale Region, die sich in zwei Keimschichten, das Endoderm und das Mesoderm, aufteilt. Zusammen bilden sie die inneren Organe des Tieres. Zweitens aktivieren Wnt-Signale das zygotisch produzierte beta-Catenin, das die posterior-anteriore Körperachse strukturiert. Der Mechanismus der Wnt/beta-Catenin-abhängigen Achsenmusterbildung ist älter als Bilateria - er kommt bei Bilateria und ihrer evolutionären Schwestergruppe Cnidaria (Seeanemonen, Korallen, Quallen) vor, was darauf hindeutet, dass ihn diese beiden Gruppen von ihrem gemeinsamen Vorfahren vor etwa 650-700 Millionen Jahren geerbt haben. Auch für den beta-Catenin- abhängigen Mechanismus der Endomesoderm-Spezifikation wurde eine evolutionäre Konservierung vermutet, doch haben wir kürzlich gezeigt, dass dies bei der Seeanemone Nematostella nicht der Fall ist. Statt Endomesoderm zu spezifizieren, verhindert das mütterliche beta-Catenin die Spezifizierung von Endomesoderm an der falschen Stelle. Das Hauptziel des neuen FWF-Projekts ist es, dieses unerwartete regulatorische Verhalten zu verstehen und herauszufinden, i) warum sich beta-Catenin nicht in den zukünftigen endomesodermalen Zellen anreichert, ii) was, wenn nicht das mütterliche beta-Catenin, das Endomesoderm spezifiziert, und iii) wie die Anreicherung von beta-Catenin in den nicht- endomesodermalen Zellen die Spezifikation des Endomesoderms verhindert. Diese Analyse wird es uns ermöglichen, die Evolution der Keimschichten und die Mechanismen der Musterbildung in den Tieren besser zu verstehen. Im zweiten Teil des Projekts wird der Mechanismus der posterior-anterioren Musterbildung des Mesoderms in Nematostella und die Rolle von Wnt/beta-Catenin dabei untersucht. Wie bereits erwähnt, bildet sich das Endomesoderm im beta-Catenin-negativen Bereich des Embryos und teilt sich dann in das Endoderm, das beta-Catenin-positiv wird, und das Mesoderm, das bis zum Larvenstadium beta-Catenin-negativ bleibt. Später in der Entwicklung, wenn das Mesoderm sich entlang der posterior-anterioren Achse zu strukturieren beginnt, werden jedoch Wnt-Gene in gestaffelten Bereichen exprimiert. Derzeit ist nicht bekannt, wie die Mesoderm-Musterbildung reguliert wird, wir gehen allerdings davon aus, dass der Wnt/beta-Catenin-Signalweg daran beteiligt ist. In diesem Projekt werden wir uns systematisch mit der Funktion mesodermaler Wnt-Gene befassen und direkte Zielgene des Wnt/beta-Catenin-Weges identifizieren, um die Musterbildungslogik aufzudecken, die das Nematostella Mesoderm in verschiedene räumliche Bereiche unterteilt.