velikost textu

Evolution of photoreceptors: insights from amphioxus

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Evolution of photoreceptors: insights from amphioxus
Název v češtině:
Studium evoluce světločivných buněk na kopinatci plžovitém
Typ:
Disertační práce
Autor:
Pavel Vopálenský, Ph.D.
Školitel:
RNDr. Zbyněk Kozmík, CSc.
Oponenti:
Mgr. Robert Černý, Ph.D.
doc. RNDr. Anton Markoš, CSc.
Konzultant:
Mgr. Jan Pačes, Ph.D.
Id práce:
83833
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra filosofie a dějin přírodních věd (31-107)
Program studia:
Teoretická a evoluční biologie (P1526)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
19. 2. 2010
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Abstrakt:
Souhrn Problematika evoluceoka prov6zievoludnibiologii od samdho pod6tku. ve sv6 JiZ klrrize,,o pfivodu druhfi" se charles Darwin zmiiuje o oku jako o orginu ,,exfidmnl dokonalosti" a vyjadiuje obavy, zda je mofu6 vysv6tlit vznik takto dokonaldhoorg6nu ptirodnim v;fbErem. nejjednodu55i I pouzez jedn(:pigmentovd ,,proto-oko"sloZen6 bunky a jedn6 bunky sv6tlodivn6potiebuje pro svou funkci nesdetrf podet gent k6dujicich komponenty fototansdukdnikaskidy, pienosusignrilua pigmentace. SvEtlodivnd bunky lze na zildadEmorfologierozddlit do dvou zakladnich typt na bunky ciliirni a rhabdomerick6.Rhabdomerick6svdtlodivnd buf,ky tvoii nejdastEji sitnici oka bezobratllfch, zatimcocilirirni typ bundkwoff sitnici obratlovctia Zahavcri. DtleZitou rilohu v pochopeni evolucesvEtlodirmfch bundkhraji opsinovdgenya Gc podjednotky, kterdjsou zodpovEdn6 absorpcifotonu a prvni lrok fototransdukdni za kask6dy.Pro regulaciexprese tdchto struktumich komponentridasfiricichse biochemiclcjchprocest a pro f6dny vyvoj celdho odniho orgrinuje zapotiebi tdsn6 spoluprice mnoha reguladnichgenri. V pnibdhu poslednich bylo zji5tEno, urdit6tanskripdni faktory hrajici zisadniflohu ve vfvoji oka let Ze bundkjsou totoZndi u evoluCnd a svEtlodivnlich velmi vzditenlch organismt.Jednimz nich je ranskripdni faktor Pax6,ktety je v tomto ohledunejldpeprostudovanf,av5akukazujese, Le Pax6 neni jedinf konzervovanfgen hrajtci drlleZitouulohu ve vfvoji ruznfch typfr odi. Dostupn6literrf,midata poukazuji napi. na gen Otx jako konzervovanlimarker obou typti svdtlodivnfch bundk a dale geny Rx a Prox" kterd jsou charakteristick6 cili6rni resp. pro rhabdomerickd odivn6buillcy. svdfl Kopinatecpafii mezi primitivni strunatce pledpokl6d6se, Ze morfologie a genom a kopinatcejsou diky nizkh rychlosti evolucevelmi podobndprivodnimupiedku kopinatcea obratlovcti. Ztohoto drivodu ptedstavujekopinatec velmi vhodnf a hojnE pouZivanf modeloqi organismus pochopenievoludniho pro privoduobratlovctia jejich morfologiclcfch inovaci. Adkoliv kopinatecnemd vyvinuty komplexni odi, byly popsrinydtyfi ruznd druhy svEtlodivnfchstruktur,znrchl dvd (frontrilni oko a donifunodka)jsou asociov6ny stinicim se pigmentemalze tak hovoiit o primitivnich odich.Molekuldrni charakterizace tEchtoorgfnfi provedena je hlavnimpledmdtem nebylav5akdoposud a piedkl6dand pr6ce. disertadni V genomukopinatceB. floridae, ktery byl kompletrd piedten a zveiejndn v dobd projektu, byly nalezena zaEhtl<tt kompletni sadagenrik6dujicich opsiny a Go podjednotky. Expresev5echnalezenfchopsinribyla studoviinametodouRT-PCRv embryicha v ruznlich dastech D6le byly klonovrinyhomeodom6novd dosp€lce. transkripdnifaktory Otx, Rx a Prox jejich prostorodasovi a charakterizovana exprese embryichkopinatce v metodouRNA in silz hybridizace. Nasledn6 byla proti tEmto proteintm piipravena sada krilidich protilitek. barvenltdmito protil6tkamipotwdilo vfsledky RNA fn sinhybidizace Imunohistochemick6 a odhalilo koexpresi genu AmphiProx s rhabdomerickjm typem opsinu v obou typech rhabdomericlcfch kopinatce(Josephovy fotoreceptoru bunky a dorsiflni odka).Nislednd byl klonovin fragmentgenuProx z krouZkovce Platynereisdumerilii a ve spolupr6ci laboratoii s Prof. DetlevaArendta(EMBL, Heidelberg), byla metodouRNA in sfrz hybridizacepofrrrzena koexpresegenuProx s rhabodmericlcjmopsinemv odich larev i dospdlct. Pozddj5ibarveni specifickouprotilftkou piipravenouv riimci tohoto projektupotwdilo ,.ysledkyRNA lrasilz je hybridizace.Spolu s daty poch6zejicimiz kulete a mouchy octomillqy tak moZn6zaladit konzervovand Prox mezi evoludnd markeryrhabdomerickdho svdtlodivnfchbundk. typu Transkripdnifaktory Amphiotx, AmphiRx a AmphiProxbyly dale charakterizovfury po biochemickdstritnce byly zji5tdny a jejich transaktivadni pomociluciferasovfch schopnosti testri. Vedle piirozenfch promotor& byly k tomuto fdelu vyvinuty umdl6 reporterovd konstnrkty a ovdfenajejich funkdnost.Ziskanf informaceo transkripdnichfaktorechbyly vyuZity pli n6whu syst6mupro vyhleddvhnivazebnychmotivfi v dlouhfch risecichDNA odvozenfchz umElfchbakteriflnich chromozomfi. Na zikladd vfsledku ziskanfch v tdto prdci a dat dostupnfch v literatuie byla potvrzenaevoludnE uloha ndkolika genti (Otx, Rx a Prox) ve specifikaci a konzervovan6 diferenciaci svdtlodivnfch bundk. Byl navrZen teoreticlcf model popisujici evoluci transkripdnlregulacerhabdomericlcfch ciliirnich opsinovfch gent od jejich diversifikace a strategiepro testov6nitohoto pra-opsinu.Byly vypracovfny experimentalni od spoledndho modelu v kopinatci, jejichZ vysledky budou relevantni nejen pro testovini nawhovan6ho modelu, nybrt i pro obecnEjii objasndnigenov6reguladnisitd ffdici vyvoj svdtlodivnfch strukturu kopinatce poskytnou zasadnl a tak informacio privoduoka obratlovcri.
Abstract v angličtině:
Summary The topic of eye evolution was touchedas early as at the very beginning of the evolutionary theoryitself. In his book 'On the Orign of Species'CharlesDarwin expresses concems the explanation the occlurence complex for of of eyesby naturalselection. Eventhe simplest 'proto-eye'composed a singlephotoreceptor of cell anda shadingpigmentrequires proper frrnctioning dozensof genesinvolved in the phototansduction of cascade,signal transmissionand pigmentation.Photoreceptorcells can be classifiedaccordingto their morphology as ciliary or rhabdomeric.Primary observationsrevealed the rhabdomeric photoreceptorsbeing predominantlypresent in the eyes of invertebrates,whereas the vertebrate cnidarians and eyesemploythe ciliary type.Key components the photoreceptor of cells are visual pigments(opsins)and associated subunitsresponsible absorption Ga for of photonandthe first stepof a photoffansduction cascade. properlyorchesftate assembly To the of thesestructuralgenesmediatingbiochemicalprocesses into a functional organ, a tight regulationby a dedicated of tanscription factorsis required.Oneof the mostremarkable set andbeststudiedexamples genes of with an evolutionaryconserved in eyeorganogenesis role is a paired-homeobox genePax6. However,availableliteraturepoints to other transcription factors participating in photoreceptordevelopmentacross animal phyla, for example a homeoboxgeneObr which is a conserved tanscription factor characteristic both typesof for photoreceptor cells and other genes, and Prox have beensuggested be evolutionarily Rx to conserved mmkers ciliary andrhabdomeric of photoreceptors, respectively. The cephalochordate amphioxusis a primitive chordateand its overall morphology and slowly evolving underivedgenomeare supposed be very similar to the featuresof to putative chordateancestor. this reason,amphioxus For represents crucial model organism a for understandingancestralchordatecondition and the origin of vertebrates.Amphioxus possesses putativephotoreceptive four organsof both ciliary andrhabdomeric type. Two of these four photoreceptivestructuresare associated with shielding pigment and could be thereforeconsidered primitive eyes.The identification,cloning and e4pression eye- as of relatedgenesin the cephalochordate amphioxusform the main body of the experimental part ofthis thesis. In the recentlypublished genome amphioxus floridae, all opsinand Ga subunit of B. geneshavebeenidentified.The expression all putativeopsingenes of was studied RT- by PCR in embryosand different body part of an adult anirnal.Homeodomaintranscription patternsduring embryonic factorsObq Rx and Prox havebeenclonedand their expression developmenthave been adressedby RNA rn situ hybidization. Next, a set of rabbit polyclonal antibodies has been prepared against these transcription factors. Immunohistochemical stainingwith the antibodiesconfirmedthe resultsobtainedby in situ hybridizationand revealed co-expression AmphiProxwith rhab'domeric the of opsin in both rhabdomeric organs amphioxus. resultled to the cloningof Proxgenefrom cell-based of This an annelidPlatynereisdumerilii and the co-expression Pdu-Proxwith rhabdomeric of opsins has been shown in both larval and adult eyesin this species. Later immunohistochemical stainingwith antibodypreparedin this work confirrned, situ results.Togetherwith data in coming from Drosophila and chicken, Prox as an evolutionarily conservedrhabdomeric photoreceptor cell-specificmarker. Transcription factors AmphiOb<, AmphiRx and AmphiProx were further erized and their transactivationproperties adressedby luciferase biochemically charact Besidestheir naturalpromotersdescribed the literature,a set of artificial reporterassays. in reporterconstructhasbeendeveloped validated.The informationgathered and throughthese testswere usedfor designinga systhemfor screening DNA-binding motifs in long DNA of fragments derivedfrom BAC clones. role of OfiL Rx and Prox genes This work confirmedthe evolutionarilyconserved in specificationand differentiationof photoreceptors amphioxus. addition,the molecular in In datagathered this work together in with availableliteraturedataled to the proposal a model of regulationof opsingenes. for evolutionof transcriptional The dataandtools generated this in work andwill be not only relevantfor the proposed model,but alsoin a more generalsense for illuminating the gene regulatory networks underlying the development amphioxus of photoreceptive sfuctures and thereforemay provide a substantial insight into the origins of thevertebrate eye.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Pavel Vopálenský, Ph.D. 6.97 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Pavel Vopálenský, Ph.D. 1.78 MB
Stáhnout Abstrakt anglicky Pavel Vopálenský, Ph.D. 1.66 MB
Stáhnout Posudek oponenta Mgr. Robert Černý, Ph.D. 107 kB
Stáhnout Posudek oponenta doc. RNDr. Anton Markoš, CSc. 101 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 659 kB