Molekulare Untersuchungen der mex-3/pal-1 Interaktion und genomweiter phylogenetischer Vergleich des MEX-3 Protein Netzwerks in Nematoden

Die korrekte Lokalisation bestimmter maternaler Genprodukte ist essentiell fur die Embryonalentwicklung des Modellorganismus C. elegans. Durch den Eintritt des Spermiums am posterioren Pol kommt es schon vor der ersten Teilung zum Bruch der Symmetrie und zur Etablierung der anterior posterioren Korperachse. Der anterior posterioren Verteilung der PAR Protein Komplexe folgt eine asymmetrische Teilung der Zygote in eine Soma- (AB) und eine Keimbahnzelle (P1). Letztere teilt sich im Folgenden asymmetrisch in die Keimbahnzelle P2 und die endo mesodermale Grunderzelle EMS, wahrend sich AB symmetrisch in ABa und ABp teilt. Fur die Musterbildung entlang der anterior posterioren Achse im 4 Zellstadium von C. elegans ist die Lokalisation des MEX-3 Proteins in den anterioren Blastomeren ABa und ABp, sowie die der pal-1 mRNA in den posterioren Zellen EMS und P2 notwendig. Hierbei wirkt das mRNA bindende KH Domanen Protein MEX-3 als negativer Regulator der pal-1 mRNA, indem es an das MEX-3 Recognition Element (MRE), eine konservierte Sequenz in der 3‘UTR bindet (Pagano et al., 2009)und so deren Abbau initiiert. Da prominente Unterschiede auf zellularer Ebene gefunden worden waren, die fur eine korrekte Fruhentwicklung von C. elegans essentiell sind, habe ich in meiner Arbeit 9 Nematodenspezies auf zellulare und molekulare Unterschiede zu C. elegans in untersucht. In keinem von diesen konnte ein zu C. elegans vergleichbares mex-3/pal-1 mRNA Expressionsmuster gefunden werden. Alle von mir untersuchten Nematoden besitzen im Gegensatz zu C. elegans sowohl fur mex-3, als auch fur pal-1 eine spate mRNA Expressionsdomane. Fur diese Arbeit von besonderer Bedeutung ist aber die fruhe Lokalisation von mex-3 und pal-1 mRNA, die bei C. elegans anterior bzw. posterior zu finden ist. Diese konnte ebenfalls bei keinem untersuchten Nematoden gefunden werden. Es treten vielmehr gravierende Unterschiede im Expressionsmuster im Vergleich zu C. elegans auf. Sogar in einem nahen Verwandten von C. elegans sind sowohl die mex-3, als auch die pal-1 mRNA in den posterioren Blastomeren (EMS und P2) lokalisiert. In dieser Arbeit durchgefuhrte Genomsequenzanalysen zeigen, dass der, von C. elegans bekannte Mechanismus der Lokalisation von mex-3 und pal-1 mRNA innerhalb der Nematoden nicht konserviert sein kann. Das fur die Bindung des MEX-3 Proteins an die pal-1 mRNA entscheidende MRE (Pagano et al., 2009) konnte von mir nur innerhalb der Gattung Caenorhabditis und in keiner der ubrigen untersuchten pal-1 3’UTR Sequenzen gefunden werden. Dies lasst darauf schliesen, dass bei den ubrigen Nematoden keine negative Regulation der pal-1 mRNA durch das MEX-3 Protein stattfindet. Auch die fur C. elegans essentielle Lokalisation des MEX-3 Proteins muss in den untersuchten Nematoden anders erfolgen. Homologe der MEX-5 und MEX-6 Proteine, die positive Regulatoren des MEX-3 Proteins sind und fur dessen korrekte Lokalisierung in den anterioren Blastomeren ABa und ABp notwendig sind, konnten in keinem der untersuchten Nematoden gefunden werden. Das in der C. elegans Gonade zur Lokalisation der mex-3 und pal-1 mRNA essentielle GLD-1 Protein fehlt ebenfalls bei allen analysierten Spezies. Sein Homolog ASD-2, das bei C. elegans eine ganz andere Funktion erfullt, konnte jedoch identifiziert werden. Moglicherweise ubernimmt ASD-2 eine entscheidende Rolle in der Lokalisation der mex-3 und pal-1 mRNA nicht nur in der Gonade sondern auch wahrend der fruhen Embryonalentwicklung Um die Notwendigkeit des MRE fur die mex-3/pal-1 Interaktion zu untersuchen, wurden transgene C. elegans hergestellt, die ein GFP::pal-1 3’UTR Fusionskonstrukt trugen.