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Abstract:
Zusammenfassung
In Vertebraten ist das Dkk1-Gen notwendig für die Kopfinduktion durch den Spemann'schen Organisator. Dabei beruht die induzierende Eigenschaft auf der Fähigkeit von Dkk1, den Wnt/b-Catenin-Signalweg zu inhibieren. Daneben existieren in Vertebraten noch drei weitere Dickkopf-Gene, deren Funktionen aber weitestgehend unbekannt sind. Wie die Sequenzierung des Seeigelgenoms gezeigt hat, besitzt der
Seeigel zwei Dickkopf-Gene (SpDkk1 und SpDkk3), über deren Funktionen aber bislang noch nichts bekannt ist. Lediglich das Expressionsmuster von SpDkk1 ist bekannt und deutet darauf hin, dass SpDkk1 an der Endomesoderm-Differenzierung
sowie an der Bildung des apikalen Ektoderms beteiligt ist.
In dieser Arbeit durchgeführte phylogenetische Analysen belegen, dass die beiden bei der Genomanalyse identifizierten Dickkopf-Gene tatsächlich Mitglieder der Dickkopf-Familie sind. Außerdem wurde gezeigt, dass es sich bei diesen beiden Genen um die Ursprungsgene handelt, aus denen sich durch Genomduplikationen die weiteren
Mitglieder der Vertebraten-Dickkopf-Gene entwickelt haben.
Des Weiteren konnte durch Überexpression und Depletion von SpDkk1 bzw. SpDkk3 sowie durch Promotoranalysen von SpDkk1 gezeigt werden, dass Dkk1 auch im Seeigel ein Inhibitor und zugleich ein Zielgen des Wnt/b-Catenin-Signalwegs ist.
Aufgrund dieser Fähigkeit fungiert es als Regulator der Kernel-Gene und wirkt dadurch auf die Endomesoderm- Differenzierung des Seeigelembryos. Darüber hinaus ist Dkk1
wie auch Dkk3 an der Bildung von serotonergen Zellen beteiligt.
In einem WISH Screen wurden zudem 13 weitere Gene identifiziert, die während der Embryogenese im apikalen Ektoderm exprimiert werden. Unter ihnen befinden sich drei, die spezifisch in serotonergen Zellen exprimiert sind. Durch verschiedene Perturbations-experimente und anschließende qPCR-Analysen wurde ein GRN für das apikale Ektoderm und serotonerge Zellen erstellt. Dabei zeigte sich, dass sich Dkk1 an der Spitze dieses GRN befindet und durch Regulation verschiedener Transkriptionsfaktoren erheblichen Einfluss auf die Bildung von serotonergen Zellen hat. Auch Dkk3 ist an der Regulation von serotonergen Zellen beteiligt, allerdings ist dessen Einfluss innerhalb des GRN auf eine kleinere Anzahl von Genen begrenzt. Dies zeigt, dass Dkk1 bereits im Seeigel ein wichtiges Organisator-Molekül ist, das in der Endomesoderm-Differenzierung und der Neurogenese involviert ist. Außerdem ist nicht nur seine Eigenschaft zur Inhibierung des Wnt/b-Catenin-Signalwegs evolutionär
konserviert, sondern auch die Fähigkeit, anteriore Strukturen zu induzieren.
