velikost textu

Bmp signaling in the evolution of chordate axial patterning

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:
Bmp signaling in the evolution of chordate axial patterning
Název v češtině:
Úloha signalizace Bmp v evoluci osové souměrnosti strunatců
Typ:
Disertační práce
Autor:
Iryna Kozmikova, Ph.D.
Školitel:
RNDr. Zbyněk Kozmík, CSc.
Oponenti:
Mgr. Vítězslav Bryja, Ph.D.
doc. RNDr. Anton Markoš, CSc.
Id práce:
87935
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
Program studia:
Molekulární a buněčná biologie, genetika a virologie (P1519)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
20. 2. 2013
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Abstrakt:
Abstrakt Tvorba dorzoventrální osy je zásadním prvkem časného vývoje embrya většiny zvířat. Rozdělení domén různého buněčného osudu u obratlovců předchází specifikaci ektodermu na neurální a ostatní, stejně jako specifikaci mezodermu na dorzální a ventrální během časného embryonálního vývoje. Zachování tohoto rozdělení a vytvoření přesného rozhraní mezi doménami je nezbytným předpokladem pro vznik morfologicky a funkčně odlišných struktur, jako je např. nervová trubice nebo struna. U kopinatce se zjistilo, že geny kódující Chordin, Bmp a transkripční faktory regulované signalizací Bmp (jako např. Vent) jsou transkribovány v doménách embrya, které korespondují s doménami kde jsou transkribovány ortologní geny obratlovců. Klíčovou otázkou ale zůstává, zda pouhá konzervace expresních vzorců učité regulační sítě znamená funkční inerakce v rámci dané sítě, a pokud ano, jak může docázet ke zvýšené funkční komplexitě v průběhu evoluce.Z těchto důvodů jsme v této práci zkoumali úlohu signalizace Bmp v určení osové souměrnosti a při určení buněčného osudu u bazálního strunatce kopinatce, která má centrální nervový systém a dorzální mesoderm. Za použití heterologních systémů, zejména reportérových testů v savčích tkáňových kulturách a metodiky transgeneze v rybě medaka, jsme porovnali genové regulační sítě zodpovědné za vytvoření dorzoventrální osy u kopinatce a obratlovců. Zjistili jsme, že signalizace Bmp a nikoliv kanonická signalizace Wnt reguluje aktivitu promotorů genů Vent1 a Vent2. Protein Vent1 následně reprimuje promotory genů Goosecoid a Chordin kopinatce. Ukázali jsme, že farmakologická inhibice signalizace Bmp indukuje dorzalizaci embryo kopinatce a rozšíření expresních domén u genů, specifických pro neurální lištu. Tento výsledek je v souladu s hypotézou, že signalizace Bmp má původní roli ve vytváření osové uspořádání a v tvorbě neurální lišty. V další části práce jsme poskytli důkazy o přítomnosti autoregulační smyčky v rámci signalizační sítě Bmp u kopinatce. Navrhli jsme hypotézu, že integrace této autoregulační smyčky do sítě signalizace Bmp představovalo klíčový molekulární mechanismus v evoluční historii strunatců. Avšak, na rozdíl od obratlovců, kde geny Vent podporují expresi Bmp4, jsme u kopinatce nenalezli podobnou závislost. Naše výsledky ukazují vysokou míru evoluční konzervace centrální části signalizační sítě Bmp a podporují možnost integrace kanonické signální dráhy Wnt pro vývoj dorzoventrální osy u větve vedoucí k obratlovcům. Tato modifikace může být jednou z molekulárních inovací souvisejících s vyšší komplexitou embrya obratlovců.
Abstract v angličtině:
Abstract Formation of a dorsoventral axis is a key event in the early development of most animal embryos. In vertebrates, early separation of cell fate domains precedes specification of ectoderm to neural and non-neural as well as mesoderm to dorsal and ventral during development. Maintaining such division with the establishment of an exact border between the domains is required for the formation of highly differentiated structures such as neural tube and chorda. In the cephalochordate amphioxus, genes encoding Chordin, Bmps and transcription factors downstream of Bmp signaling such as Vent are expressed in patterns reminiscent of those of their vertebrate orthologues. However, the key question is whether the conservation of expression patterns of network constituents implies conservation of functional network interactions, and if so, how an increased functional complexity can evolve. Here, we therefore investigated the role of Bmp signaling in axial patterning and cell fate determination in amphioxus, the basal chordate possessing a centralized nervous system and dorsal mesoderm. Using heterologous systems, namely by reporter gene assays in mammalian cell lines and by transgenesis in medaka fish, we have compared the gene regulatory network implicated in dorsoventral patterning of the basal chordate amphioxus and vertebrates. We found that Bmp but not canonical Wnt signaling regulates promoters of genes encoding amphioxus homeodomain proteins Vent2 and Vent1. Vent1 can directly repress promoters of amphioxus Goosecoid and Chordin genes. We show that pharmacological inhibition of Bmp signaling induces dorsalization of amphioxus embryos and expansion of neural plate markers, which is consistent with an ancestral role of Bmp signaling in chordate axial patterning and neural plate formation. Furthermore, we provided evidence for the presence of the autoactivating loop within the Bmp signaling network of amphioxus. We suggest that emergence of an autoactivating loop within the Bmp signaling network may represent a key molecular event in the evolutionary history of the chordate cell fate determination. Using mRNA microinjections we found that, in contrast to vertebrate Vent genes, which promote the expression of Bmp4, amphioxus Vent1 is likely not responsible for activation of cephalochordate ortholog Bmp2/4. Our data indicate high evolutionary conservation of a core Bmp-triggered gene regulatory network for dorsoventral patterning in chordates and suggest that co-option of the canonical Wnt signaling pathway for dorsoventral patterning in vertebrates represents one of the innovations through which an increased morphological complexity of vertebrate embryo is achieved.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Iryna Kozmikova, Ph.D. 3.91 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Iryna Kozmikova, Ph.D. 345 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Iryna Kozmikova, Ph.D. 176 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Iryna Kozmikova, Ph.D. 989 kB
Stáhnout Posudek oponenta Mgr. Vítězslav Bryja, Ph.D. 167 kB
Stáhnout Posudek oponenta doc. RNDr. Anton Markoš, CSc. 137 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 1.03 MB