Analyse der temporären Neuroblastenbildung und der segmentalen Spezifizierung des Neuroblasten 6-4 im embryonalen zentralen Nervensystem von Drosophila melanogaster

Die vorliegende Arbeit gewährte neue Einblicke in zwei fundamentale Vorgänge der frühen Neurogenese von Drosophila melanogaster. Der erste Teil untersuchte die zeitliche Spezifizierung der Neuroblastenidentitäten. Durch die Expression verschiedener Gene entlang der Dorsoventral- und der Anterioposteriorachse wird ein kartesisches Koordinatensystem aufgebaut, indem ein Neuroblast (NB), der in einem bestimmten Quadranten entsteht, eine spezifische Identität erhält. Die Delamination der NBs erfolgt in fünf Segregationswellen, wobei in jeder Welle die gleiche Population NBs gebildet wird. In dieser Arbeit konnte nun gezeigt werden, dass es nicht nur einen räumlichen, sondern auch einen zeitlichen Aspekt bei der Entstehung der NBs gibt: So zeigten Transplantationsexperimente, dass sowohl im frühen als auch im späten Neuroektoderm extrinsische induktive Signale an der Spezifizierung der Neuroblastenidentität beteiligt sind. Die Natur dieser Signale bleibt noch unklar. Allerdings stellen die Segmentpolaritätsgene aufgrund ihrer dynamischen Expression eine potenzielle Kandidatengruppe dar. Der zweite Teil beschäftigte sich mit der segmentalen Spezifizierung der Neuroblasten. Für diesen Prozess zeigten frühere Genexpressionsstudien, dass NBs, die zwar an korrespondierenden Positionen innerhalb des kartesischen Systems, aber in unterschiedlichen Segmenten gebildet werden, die gleichen Genexpressionsmuster aufweisen und fast identische Zellstammbäume hervorbringen. Einige dieser seriell homologen NBs generieren jedoch segmentspezifische Zellstammbäume – ein solches Beispiel ist der NB6-4, der als Modellsystem benutzt wurde. Für die thorakale Variante dieses NBs konnte ich zeigen, dass die Homöotischen Gene zur Spezifizierung nicht notwendig sind – thorakales Schicksal ist eine Grundidentität. Diese wird in abdominalen Segmenten jedoch durch die Funktion der Homöotischen Gene abdominal-A (abd-A) und Abdominal-B (Abd-B) in abdominales Schicksal transformiert. Dieser segmentale Unterschied wird durch die Regulation des Zellzyklusgens CycE bewerkstelligen. Genauer: CycE ist notwendig, um neurogliales Schicksal in thorakalen Segmenten zu generieren und ausreichend, dieses Schicksal ebenfalls in abdominalen Segmenten zu erzeugen. Eine direkte Inhibierung der Expression von CycE durch Abd-A in abdominalen Segmenten führt dagegen zu einer differenziellen Expression von CycE im neuronalen thorakalen Anteil des Zellstammbaums. Weiterhin konnten in einem Enhancerelement, das für die Expression von CycE im Nervensystem verantwortlich ist, mehrere Bindestellen für Abd-A und Abd-B gefunden werden. Die gewonnen Daten legen – in Verbindung mit bereits bekannten Ergebnissen – den Schluss nahe, dass diese neuronspezifizierende Funktion von CycE unabhängig von seiner Rolle im Zellzyklus ist.

This work gives new fundamental insights in two basic mechanisms of early neurogenesis in Drosophila melanogaster. The first part investigates the temporal specification of the neural precursor cells, called the neuroblasts (NB), whereas the second part focus on the segmental identity specification of these cells. Gene expressions along the anteriorposterior and dorsoventral axis subdivide the ventral part of the embryo into a cartesian like grid system, in which a NB born at a certain position aquires a specific identity. By transplanting cells from the early and late neuroectoderm heterochronically this work could show, that beside the mentioned spatial specification elements, stage specific extrinsic inductive signals also act along the temporal axis. The nature of these signals remains to be unraveled. Potential candidates are the segment polarity genes, as they are expressed in a highly dynamic pattern. The second part unravels mechanisms leading to segment specific neuroblast cell lineages, which are a consequence of the tagma specific identities a NB aquires (thorax versus abdomen). As a model lineage NB6-4 was used, which has segmental specificities, with neurons and glial cells beeing born in the thorax and only glial cells in the abdomen. This difference could be shown to be dependent on the differential expression of the cell cycle regulator gene CycE, which is expressed in the neuronal thoracic part, but not in the glial part of thorax and abdomen. Furthermore this work could show, that this differential expression is under the control of the homeotic genes, a highly conserved gene group specifying different body parts. The abdomen specifying genes abd-A and Abd-B could be shown to directly repress CycE in these segments, leading to the generation of a glial lineage. No homeotic genes act in thoracic segments, leading to the expression of CycE and the generation of neuronal cells in these segments.