Gerberding, Matthias: Cell lineage und engrailed Expression in der Mittellinie der höheren Krebse Orchestia cavimana und Porcellio scaber

Aus dem Institut für Biologie der Humboldt-Universität Berlin


Dissertation
Cell lineage und
engrailed Expression in der Mittellinie der höheren Krebse Orchestia cavimana und Porcellio scaber

zur Erlangung des Dr. rer. nat.

der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I

von Dipl.-Biol. Matthias Gerberding ,
geb. am 7.3.1966 in Essen

Dekan: Prof. Dr. Jürgen P. Rabe

Gutachter:
1. Prof. Dr. Gerhard Scholtz, Humboldt-Universität Berlin
2. Prof. Dr. Wolfgang Dohle, Freie Universität Berlin
3. Prof. Dr. Hans-Joachim Pflüger, Freie Universität Berlin

eingereicht: 13.1.1999

Datum der Promotion: 26.3.1999

Keywords:
midline, crustaceans, cell lineage, neurogenesis

Schlagwörter:
Mittellinie, Crustacea, cell lineage, Neurogenese

Abstract

Embryos of higher crustaceans (Malacostraca) show a highly stereotypic cell division pattern in the ectoderm of the trunk region while forming paired rows of lateral cells and an unpaired median row of midline cells. By using nuclear dyes, the pattern of the lateral cells has been determined by Dohle (1970, 1976) an co-workers. This study addresses the cell lineage and cell differentiation of the midline cells in the thorax. These kind of cells are of particular interest as they have been investigated extensively in insects. (i) The DiI labelling of midline cells in Orchestia cavimana reveals: Formation of the midline starts with a single midline cell that divides twice in longitudinal direction. The resulting four cells are termed a0, b0, c0, and d0. The cells a0, b0, and c0 give rise to pairs of glial cells. The progeny of a0 and c0 enwrap the commissures. The cell d0 is a median neuroblast that gives rise to several neurons, among them an unpaired neuron in the median fibre tract, interneurons and probably a single motoneuron. (ii) BrdU labelling in Porcellio scaber shows: there is a single larger and faster dividing cell in the midline in each segmental ganglion anlage that is a putative median neuroblast. (iii) The expression of engrailed starts in Orchestia and Porcellio the cell a0 and continues in the two daughter cells during segmentation. In Orchestia it can be shown that this expression ceases and progenies of the cell d0 start de novo with the expression of engrailed. From the results can be concluded that the common ancestor of insects and higher crustaceans differentiated an unpaired midline comprising precursors for glial cells enwrapping the commissures and a single median neuroblast whose derivatives express engrailed.

Abstrakt

Embryonen von Höheren Krebsen (Malacostraca) zeigen ein stereotypes Zellteilungsmuster im Ektoderm des Rumpfes, im Verlaufe dessen paarige seitliche Reihen von Zellen und eine unpaare mittlere Reihe von Zellen gebildet werden. Das Muster der seitlichen Zellen ist von Dohle (1970, 1976) und Mitarbeitern geklärt worden. Die vorliegende Arbeit untersucht die cell lineage und Zelldifferenzierung der Mittellinienzellen im Thorax. Diese Zellen sind von besonderem Interesse, weil sie bei Insekten bereits intensiv erforscht wurden. (i) Die DiI Markierungen von Mittellinienzellen von Orchestia cavimana zeigen: Die Bildung der Mittellinie beginnt mit einer Zelle, die sich zweimal in Längsrichtung teilt. Die resultierenden vier Zellen werden mit a0, b0, c0 und d0 bezeichtet. Aus den Zellen a0, b0 und c0 gehen Paare von Gliazellen hervor. Die Tochterzellen von a0 und c0 umhüllen die Kommissuren. Die Zelle d0 ist ein medianer Neuroblast, aus dem mehrere Neurone hervorgehen, unter anderem ein unpaares Neuron im medianen Fasertrakt, interneurone und ein Motoneuron. (ii) BrdU Markierungen von Porcellio scaber zeigen: In den Ganglienanlagen liegt in der Mittellinie je eine Zelle, die größer ist als die benachbarten, schneller proliferiert und deshalb vermutlich ein medianer Neuroblast ist. (iii) Die Expression von engrailed setzt bei Orchestia und Porcellio ein in der Zelle a0 und wird in den zwei Tochterzellen fortgesetzt. Für Orchestia wird gezeigt, daß diese Expression zurückgeht und die Tochterzellen der Zelle d0 de novo mit einer Expression von engrailed beginnen. Aus den Ergebnissen kann abgeleitet werden, daß der gemeinsame Vorfahr von Insekten und Höheren Krebsen eine Mittellinie differenziert, die Vorläufer für Glia der Kommissuren und einen medianen Neuroblasten umfaßt und eine Expression von engrailed in den Tochterzellen des Neuroblasten zeigt.


90


Seiten: [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99]

Inhaltsverzeichnis

TitelseiteCell lineage und engrailed Expression in der Mittellinie der höheren Krebse Orchestia cavimana und Porcellio scaber
Danksagung
1 Einleitung
2 Material und Methoden
2.1.Das Zellteilungsmuster von Orchestia und Porcellio
2.2.Markieren von Orchestia Embryonen mit DiI
2.2.1.Versuchsaufbau
2.2.2.Eiachsen und Lage der Keimstreifen
2.2.3.Organisation der Markierungen
2.2.4.Angaben über Erfolgsraten und Zahl der Wiederholungen der Experimente
2.3.Markieren von Porcellio mit BrdU
2.4.Anfertigen von Schnitten von Porcellio
2.5.Markieren von Orchestia und Porcellio mit Antikörpern
2.6.Dokumentation im Konfokalen Laser Scanning Mikroskop
3 Ergebnisse
3.1.Darstellung der cell lineage in der Mittellinie von Orchestia
3.1.1.Darstellung der cell lineage der lateralen Zellen als Kontrollversuch
3.1.2.cell lineage der Mittellinienzellen
3.1.2.1.cell lineage und Zellteilungsmuster bis zur Trennung des Keimstreifens
3.1.2.2.cell lineage und Morphogenese während der Trennung der Keimstreifenhälften
3.1.2.3.Cell lineage während der neuronalen und glialen Differenzierung
3.2.Darstellung der Teilungs- und Proliferationsmuster in der Mittellinie von Porcellio
3.2.1.Teilungsmuster und Morphologie der Mittellinie bei der Bildung des Keimstreifens anhand von Kernfärbungen
3.2.2.Proliferationsmuster der Mittellinie bei der Bildung des Keimstreifens anhand von BrdU-Markierungen
3.2.3.Die Morphologie des Bauchmarks anhand von Schnitten
3.3.engrailed Expression in der Mittellinie von Orchestia und Porcellio
3.3.1. Das Expressionsmuster von Orchestia
3.3.2.Das Expressionsmuster von Porcellio
4 Diskussion
4.1.Vergleich von Mustern der Entwicklung und ihre Homologisierung
4.2.cell lineage in der Mittellinie
4.2.1.Bildung des Keimstreifens
4.2.2.Trennung der Keimstreifenhälften
4.2.3.Bildung der Ganglienanlagen
4.2.4.Cell lineages und Morphologie der medianen Gliazellen
4.2.5.Cell lineages der medianen Neuroblasten
4.2.6.Hypothese über die Verteilung der Arborisation
4.2.7.Cell lineages und Morphologie identifizierter Neurone
4.3.Die Expression von engrailed
4.4.Fazit
5 Zusammenfassung
Bibliographie Bibliographie
Abkürzungsverzeichnis Verzeichnis der Abkürzungen
Lebenslauf
Selbständigkeitserklärung

Tabellenverzeichnis

Tab. 2 Übersicht über die Entwicklungsstadien von Orchestia und Porcellio
Tab. 3 Erfolgsrate Markierungen und Anteil normal entwickelter Embyronen und normal entwickelter Klone
Tab. 4 Markierungen Zellen insgesamt
Tab. 5 Markierung laterale Zellen
Tab. 6 Markierungen Mittellinienzellen
Tab. 7 Verteilung der markierten MNB-Klone im Thorax
Tab. 8 Cell lineages in den Mittellinien von Orchestia, Schistocerca und Drosophila. Homologe Neurone und Glia von Schistocerca und Drosophila und mutmaßliche homologe Neurone und Glia von Orchestia untereinander gruppiert.
Tab. 9 MNB Neurone von Orchestia und mediane Neurone von drei Malakostraken und drei Insekten. Neurone, die Übereinstimmungen zeigen, untereinander in grau unterlegten Kästen.

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1 A-E Schema des Teilungsmusters der lateralen Zellen der Malacostraca. Reproduktion aus Scholtz et al. (1993). Nur die lateralen Zellen der linke Seite des Tieres sind gezeigt. Die waagerechten Linien geben der Verlauf der genealogischen Grenzen (gb) an. A Die Querreihen (er) werden bei Porcellio und allen diesbezüglich untersuchten Malacostraca mit Ausnahme der Amphipoda durch Ektoteloblasten gebildet (ET) ( Dohle 1970, 1976a; Scholtz 1984, 1992a). B Die Querreihen (er) werden bei Orchestia und anderen Amphipoden aus zufällig verteilten Blastodermzellen gebildet ( Scholtz 1990). C, D Nach ihrer Bildung werden die Reihen von der Mitte zu den Seiten von zwei Wellen von äqualen und längsgerichteten Teilungen durchlaufen. Das Ergebnis sind vier Querreihen, die mit a, b, c und d bezeichnet werden. E Anschließend beginnen die differentiellen Teilungen. Die differentiellen Teilungen variieren in Äqualität und Orientierung. Die Darstellung der differentiellen Teilungen für die fünf Zellen seitlich der Mittellinie ist vereinfacht. Sie berücksichtigt nicht die Merkmale, für die Dohle (1970, 1972, 1976a) und Scholtz (1984, 1990, 1992a) eine Variation zwischen den Taxa beschreiben. Die Segmentgrenze, die durch die Intersegmentalfurchen (if) bestimmt wird, verläuft leicht schräg durch die Abkömmlinge der Reihe b (schattierter Bereich). Die Abkömmlinge einer Querreihe (er in A) sind also nach der Teilung zu den vier Reihen a, b, c und d an zwei aufeinanderfolgenden Segment beteiligt und die genealogischen Grenzen stimmen nicht mit den Segmentgrenzen überein.
Abb. 2 Schematisierte Gegenüberstellung gleicher Schritte der Embryonalentwicklung von Orchestia und Porcellio. Bei Orchestia liegen nach der Gastrulation zum Zeitpunkt der Reihenbildung mehr Ektodermzellen vor als bei Porcellio. Bei Orchestia bilden sich die regelmäßigen Reihen aus unregelmäßig angeordneten Ektodermzellen, bei Porcellio werden sie gebildet von Stammzellen, den Ektoteloblasten, die in einer Reihe angeordnet sind. Die Trennung des Keimstreifens tritt nur bei Orchestia auf. Die Embryonen von Orchestia und Porcellio zeigen vor dem Schlüpfen gemeinsame Merkmale.
Abb. 3 A, B Gravides Tier und Keimstreifen in vivo. A Die Weibchen von Orchestia tragen die Eier im ventralen Brutraum bis zum Schlüpfen und darüber hinaus, bis die Juvenilen ihn selbständig verlassen. Weisse Pfeilspitze markiert den Kopf der Mutter, schw. Pfeilspitze ein juveniles Tier. B Gleichzeitig mit der Bildung der Querreihen (weisse Pfeilspitzen) wird die Mittellinie erkennbar (schw. Pfeilspitze) . Der Dotter ist dunkel, die Zellen hell, da sie Calcium inkorporieren ( Meschenmoser 1996).
Abb. 4 Aufbau der Apparatur. Adaptation der Methode von Bossing und Technau (1994). Die Eier werden auf einem Objektträger unter einem inversen Mikroskop markiert. Erläuterungen s. Text.
Abb. 5 A-C Form des Eis, Lage der Achsen. Md = Mandibel A In frühen Stadien sind die Eier in der Regel rund und jede Reihe des frühen Keimstreifen kann in eine für das Markieren geeignete Lage gerollt werden. In diesem Stadium befinden sich die Reihen vor der ersten Teilung. B, C Im Verlauf der Entwicklung verändert sich die die Form des Eis von rund nach länglich, und die Eier können nicht mehr in jede beliebige Lage gerollt werden. B Bei den Markierungen nach der zweiten Teilung lassen sich am günstigsten die Thoraxsegmente 4, 5 und 6 markieren. C Das längliche Ei kann nicht mehr gerollt werden, und nur noch die abdominal gelegenen Reihen können markiert werden.
Abb. 6 A-E Zeitpunkt der Markierung. Das Schema zeigt die verschiedenen Zeitpunkte für die Markierung und die unterschiedlichen Zeiten, nach denen die Entwicklung durch Fixieren gestoppt wurden. A-D Markierung einzelner Zellen. A-C Fixierung unmittelbar nach 1-3 Teilungen. D Fixierung während Separation und Neurogenese. E Mehrfachmarkierung
Abb. 7 A, B Übersicht über zwei Keimstreifen. Die Markierung hatte keinen störenden Effekt auf die Entwicklung. DiI Markierung und Kernfärbung. A Markierung einer Zelle unmittelbar neben der Mittellinie vor der ersten Teilung, Fixierung nach der zweiten. B Markierung einer Mittellinienzelle vor der ersten Teilung, Fixierung nach der zweiten in a0 und b0 und dritten in c0 und d0.
Abb. 8 A-D Erste, zweite und dritte Teilung sowie differentielle Teilungen der lateralen Zellen. DiI Markierung und Kernfärbung. A-D Markierung von lateralen Zellen und Mittellinienzellen während der Keimstreifenbildung. Kerne gegengefärbt. Pfeile weisen auf die Mittellinie. Keimstreifen bei ~ 40%. A Markierung vor Bildung der Reihen. Klon von zwei Zellen nach einer Teilung mit schräger Orientierung. Die Orientierung der Teilungen vor Bildung der Reihen ist zufällig. B-D Markierung unmittelbar nach Bildung der Reihen B Klon von zwei Zellen nach der ersten, longitudinalen Teilung. C Klon von vier Zellen (a1, b1, c1 and d1) nach erster und zweiter longitudinaler Teilung. D Ab der dritten Teilung variiert das Teilungstempo der Zellen. Klon mit sechs Zellen (vermutlich a1, b1, c1v, c1h, d1v und d1h) als Ergebnis der ersten und zweiten longitudinalen Teilung und dritter, differentieller Teilungen. Pfeilspitzen in A, B weisen auf Teilungen in der Mittellinie, die verzögert sind im Verhältnis zu den lateralen Teilungen.
Abb. 9 A-D Schematische Darstellung Teilungen in der Mittellinie. A Die Zelle abcd0 teilt sich in ab0 und cd0 . B Die Zellen ab0 und cd0 teilen sich in a0 , b0, c0 und d0. C a0, bo und c0 teilen sich nur noch einmal in a0 ', a0'', b0 ', b0'', c0' und c0''. Die Zelle d0 teilt sich mehrfach. D Die Tochterzellen von d0 sind nicht weiter in einer Längsreihe angeordnet.
Abb. 10 A-C Bildung des Keimstreifens. Erste, zweite und dritte Teilung sowie differentielle Teilungen der Mittellinienzellen. DiI Markierung und Kernfärbung. A Markierung der Zelle abcd0 vor der ersten Teilung. Klon von zwei Zellen als Ergebnis der ersten Teilung. B Markierung der Zelle cd0 vor der zweiten Teilung. Klon von vier Zellen als Ergebnis der zweiten und dritten Teilung. C Markierung der Zelle abcd0 vor der ersten Teilung. Klon von sechs Zellen, a0,b0, c0', c0', d0 und d0* als Ergebnis der zweiten Teilung von a0 und b0 und der differerntiellen Teilung von c0 und d0. Gestrichelte Linien markieren die Grenzen der aus einer Reihen abgeleiteten genealogischen Einheiten. Pfeilspitzen markieren die Grenzen zwischen a0, b0, c0'+c0'' und d0*+d0. Pfeilspitze in A weist auf Teilungen in der Mittellinie, die verzögert sind im Verhältnis zu den lateralen Teilungen. Maßstab 15µm
Abb. 11 Schematische Darstellung cell lineage der Mittellinie bis zur Trennung. Die Tochterzellen von a0 - c0 zeigen breite Zytoplasmafortsätze und ihrer Kerne liegen getrennt. Die Tochterzellen von d0 zeigen schmale Zytoplasmafortsätze und ihre Kerne liegen in einem Cluster.
Abb. 12 A-G Trennung des Keimstreifens. Kernfärbungen oder DIK. A Frühes Stadium der Trennung des Keimstreifens. Die Trennung beginnt in den anterioren thorakalen Segmenten. B Detail der Mittellinie im DIK. Der Pfeil weist auf die Mittellinie, die Pfeilspitzen auf die segmentalen Cluster von Zellen. C Mittleres Stadium der Trennung des Keimstreifens. Präparation des Ektoderm, das dorsale Entoderm wurde abpräpariert. D Detail von C. Der große Abstand der Kerne voneinander zeigt die geringe Zahl der Kerne in dem Bereich zwischen den Keimstreifenhälften. Die Cluster von Zellen korrespondieren in Zahl und Lage mit den lateralen Anlagen der Ganglien und Anhänge. E Mittleres Stadium der Trennung des Keimstreifens. Vollständiger, unmarkierter Keimstreifen bei ~60%. F Die Fusion des Keimstreifens setzt sich von vorn nach hinten fort. G Detail der Mittellinie im DIK. Die Zahl der Zellen und Zellkerne zwischen den Clustern ist sechs. Keimstreifen bei ~70%. Pfeile senkrecht markieren die Mittellinie, Pfeile waagerecht die segmentalen Cluster von Zellen, Pfeilspitzen die Zellkerne zwischen den Zellclustern. T1, A1, G, Ex = 1. Thoraxsegment, 1. Abdomensegment, Ganglienanlagen, Extremitätenanlage. Maßstab A 20 µm, B 10µm, C 20µm, D 8µm, E 18µm, F 12µm, G 5 µm
Abb. 13 A-F Trennung des Keimstreifens. Markierungen der Zellen a0, b0, c0 vor der dritten Teilung. DiI Markierung und Kernfärbung. Die Zellen a0' + a0'', b0' + b0'' und c0' + c0'' zeigen die gleiche Morphologie während der Trennung: Eine Zelle mit Kern und Zytoplasma liegt auf der rechten Seite, eine auf der linken. Die Zellen grenzen auf der einen Seite aneinander, auf der anderen sind sie mit zytoplasmatischen Fortsätzen mit den lateralen Ganglienanlagen verbunden. A Klon von b0' und b0''. Frühes Stadium der Trennung . Die Zellen und ihre Kerne liegen hintereinander. B Klon von c0'' und c0'' Mittleres Stadium. Die Zellen überlappen im mittleren Bereich, seitlich liegen sie getrennt. Die Kerne liegen versetzt. C-F Spätes Stadium. Die Zellen überlappen nicht mehr. C Klon von a0' und a0''. D Detail von C. E Klon von c0' und c0''. F Detail von E. Hinter dem Klon liegt das Cluster aus Tochterzellen der Zelle d0 (Pfeil waagerecht). Pfeile senkrecht markieren die Mittellinie. T1 = 1. Thoraxsegment, G = Ganglienanlage
Abb. 14 A-M Trennung des Keimstreifens. Markierung der Zelle d0 vor der dritten Teilung. DiI Markierung und Kernfärbung. A Die Mittellinienzellen können in vivo identifiziert werden nach der ersten differentiellen Teilung der lateralen Zelle d1 in die Zellen d1v und d1h. B Die Zellen d0 und d0* nach der ersten Teilung von d0. Anterior des Klons liegen die übrigen sechs Mittellinienzellen der genealogischen Einheit (geschl. Pfeilspitzen). C Klon von drei Zellen, d0, d0* und d0**. D, E, F Klone von sechs Zellen d0,d0*...d0*****. E Beginn der Trennung. Die Zellen des von d0 abgeleiteten Klons verhalten sich anders als die von a0, b0 und c0 abgeleiteten Paare von Zellen. Sie bilden ein Cluster von Zellen und sind mit den Ganglienanlagen durch zytoplasmatische Fortsätze verbunden, die dünner sind als die von a0'-c0'' (o. Pfeilspitzen). F Detail von E. G-M Klone mit ca. 10 Zellen. Die Form des Clusters variiert je nach Lage im Keimstreifen. G, H, K, L DiI Markierung und Kernfärbung. J, M nur DiI Markierung. G Längliches Zellcluster seitlich gelegen. H, I Details von G. K Längliches Zellcluster paramedian gelegen. L, M Details von K.
Abb. 15 A, B Trennung des Keimstreifens. Markierung mehrerer Mittellinienzellen. A Markierung von 6 Zellen. Die Zellen werden alle in der gleichen Richtung gedehnt, aber die Einzelheiten ihrer Umrisse variieren. B Markierung der Zelle c0 in einem Segment und der Zelle d0 im darauffolgenden. Der geringere Breite der zytoplasmatischen Ausläufer des von der Zelle d0 abgeleiteten Klons ist erkennbar (Pfeilspitzen).
Abb. 16 A, B Makroskopische Übersicht über die Veränderung der äußeren Form des ZNS. A Embryonales ZNS Orchestia bei 70%E. DIK. Gnathale Ganglien der Mandibel (Md), Maxillen (Mx1, Mx2), thorakale Ganglien (T1, T5) und abdominale Ganglien (A1, A4). Das erste Thoraxganglion liegt eng an dem der zweiten Maxille. B Adultes ZNS Gammarus neglectus. In dieser From liegt auch das ZNS von Orchestia beim Schlüpfen vor: Kopfganglien der Antennen (A1, A2) und Augen (A1, A2, on), thorakale Ganglien (Maxilliped: legI, Pereiopod 7: leg VIII) und abdominale Ganglien (ab1, 2, 3). Das erste Thoraxganglion ist Teil des Ganglions der Maxillen. Reproduktion aus Hanström (1928).
Abb. 17 Schematische Darstellung cell lineage der Mittellinie bei der neuronalen und glialen Differenzierung. Aus dem Zellpaar a0'und a0'' geht Glia der posterioren Kommissur hervor, aus dem Zellpaar c0' und c0'' geht Glia der anterioren Kommissur hervor, aus dem Zellpaar b0' und b0'' Gliazellen, die sich auf zwei Ganglien verteilen, aus der Zelle d0 gehen Neurone hervor.
Abb. 18 Gliogenese. Schematische Darstellung. Aus den Zellen a0 b0 und c0 gehen drei Paare von Glia hervor, die die anteriore (c0) und posteriore Kommissur (a0) umkleiden und an den Rändern der Ganglien liegen (b0).
Abb. 19 A-E Gliogenese. Paare von Tochterzellen der Zellen a0, b0 und c0. A, C DiI und DiK, B, E nur DiI. A Paar von Gliazellen aus der Zelle c0, die die anteriore Kommissur umkleiden. B Ausschnitt wie in A, nur DiI. C Paare von Gliazellen aus der Zelle a0 , die die posteriore Kommissur umkleiden. D Skizze der Verteilung der Paare von Gliazellen aus der Zelle b0 , die sich auf zwei Ganglien verteilen (grau). E Einzelne, DiI markierte Tochterzelle der Zelle b0, die am Vorderrand der Ganglienanage liegt. Langer Pfeil anteriore Kommissur, kurzer Pfeil posteriore Kommissur, o. Pfeilspitzen Lage der Konnektive.
Abb. 20 Schematische Darstellung Axone ventral und dorsal.
Abb. 21 A-C Frühe Axonogenese. DiI Markierung der Zelle d0. A Ventrale Axone. Die ventralen Axone wachsen in den Konnektiven. Das Wachstum des Paar der Motoaxone (M) hat begonnen, die Axone haben den ISN noch nicht erreicht. B Dorsale Axone. Die dorsalen Axone dieses Stadiums erstrecken sich nur nach posterior. C Die Bildung der ventralen Axone in den Kommissuren hat eingesetzt (Pfeil). Die dorsalen Axone wachsen ebenfalls aus (Pfeilspitzen >, <). Die ventralen Axone in den Konnektiven zeige noch keine Verzweigung im Neuropil. Das unpaare Axon im MFT ist noch nicht gebildet.
Abb. 22 A-D Mittlere Axonogenese. DiI Markierung der Zelle d0. Die Axone der ventralen Interneurone wachsen nach anterior (Pfeilspitzen) beginnen sich im Neuropil zu verzweigen. Das innere Axon (geschl. Pfeilspitze) wächst dabei schneller als das äußere Axon (o. Pfeilspitze). In den anterioren Kommissuren bildet sich eine Verbindung zwischen den Konnektiven (o. Pfeile). Das unpaare Axon im MFT wächst nach anterior (geschl. Pfeil).
Abb. 23 A, B Späte Axonogenese. Die ventralen Axone haben sich in den Ganglien der Thoraxsegmente verzweigt (*) und sind nach dorsal ausgewachsen. Übrige Symbole siehe Abb. 22. B Detail von A.
Abb. 24 A-C Späte Axonogenese. DiI Markierung der Zelle d0. A Klon der Zelle d0 im Thoraxsegment 6. B Aufnahme des Klons im Durchlicht. Das Durchlicht überlagert die DiI Markierung und damit auch die Überstrahlung. Die Axone sind im Durchlicht nicht mehr erkennbar, weil sich zu schwach markiert sind. Die Zahl der Kerne läßt sich bestimmen. Sie liegt bei ca. 10. C Muster der dorsalen Axone des Klons von A. (Dorsale Axone o. Pfeilspitzen >, <). Übrige Symbole siehe Abb. 22.
Abb. 25 A-F Cell lineage der Mittellinie A-C In drei Teilungen geht aus einer Zelle ein Klon von acht Zellen hervor, die mit a0', a0'', b0 ', b0'', c0', c0'', d0, d0* bezeichnet werden . D Von diesen acht Zellen teilen sich sechs a0', a0'', b0', b0'', c0' und c0'' nicht mehr, das Schicksal der Zelle d0* ist unklar, die Zelle d0 teilt sich als Stammzelle. E Die Zellen verändern während einer Trennung des Keimstreifens ihre Form. Dabei liegt der Klon der Zelle d0 als Cluster vor, die Paare aus den Zellen a0, b0 und c0 liegen getrennt voneinander. F Die Paare aus den Zellen a0 , b0 und c0 werden zu Gliazellen, in dem Klon der Zelle d0 differenzieren sich Neurone.
Abb. 26 A, B Verhältnis der genealogischen Grenzen zu den Segmentgrenzen. A Die genealogischen Grenze. Innerhalb einer genealogischen Einheit liegen die Paare der Gliazellen anterior des Klons der Neurone. B Die Segmentgrenzen. Innerhalb der Einheit eines Segmentes liegen die Gliazellen anterior und posterior des Klons der Neurone. Die Zellen einer genealogischen Einheit verteilen sich auf zwei Segmente. Die Grenze verläuft durch das Paar der Gliazellen b0' und b0'', das auf zwei aufeinanderfolgende Segmente aufgeteilt ist.
Abb. 27 A, B Fluoreszenzfärbung der Kerne mit Bisbenzimid. A Ansicht von dorsal auf den posterioren Abschnitt eines Keimstreifens von ~40%E. Die Mesoteloblasten wurden entfernt. Die Zelle in der Mittellinie, die parallel zur lateralen Reihe d liegt, ist größer als die übrigen in der Mittellinie und ist leicht nach posterior versetzt (Pfeilspitzen). Lateral hat die Abgabe von kleinen Zellen nach dorsal durch die Neuroblasten begonnen (gestrichelte Kreise). B Ansicht von ventral auf den thorakalen Abschnitt eines Keimstreifens von ~45%E. Die Zellen der Mittellinie sind weitgehend nach dorsal verschoben und von ventralen, lateralen Zellen überdeckt., Am Hinterrand der genealogischen Einheit auf der Höhe der lateralen Grenze zwischen den Reihen a und d liegt in jedem Segment eine große Zelle der Mittellinie an der Oberfläche. Diese Zellen sind mit hoher Wahrscheinlichkeit seriell homolog mit den größeren Zellen, auf die in A verwiesen wird.
Abb. 28 A-C BrdU markierte Keimstreifen. In den Ganglienanlagen der Segmente ist in der Mittellinie jeweils eine Zelle markiert, z.T. liegen ein oder zwei kleinere Zellen in unmittelbarer Nachbarschaft. Die Zelle ist vermutlich eine mediane Stammzelle für Neurone oder Neurone und Glia; die kleinen Zellen in unmittelbarer Nachbarschaft wären dann als Ganglienmutterzellen anzusprechen. A Keimstreif bei ~35% E (Aufnahme Konfokales Laser Scanning Mikroskop FU). B, C Keimstreifen bei ~40%E.
Abb. 29 Schnitt durch das Bauchmark eines Embryos bei ~50%E. Der mediane Neuroblast (Pfeil) liegt versenkt und nicht mehr an der Oberfläche wie die lateralen Neuroblasten (Pfeilspitzen).
Abb. 30 A-E Übersicht über das Expressionmuster von engrailed. A Die Expression in der Mittellinie setzt ein nach der zweiten Teilung in der Zelle a0. B Nach der dritten Teilung und zu Beginn der Trennung des Keimstreifens wird engrailed weiter in a0' und a0'' exprimiert. C Während der Trennung des Keimstreifens geht die Expression in diesen Zellen zurück. D Die Expression setzt dann de novo in Abkömmlingen der Zelle d0 ein. E Die Expression in diesen Zellen bleibt erhalten über die Axonogenese hinweg.
Abb. 31 A-C engrailed Expression von Orchestia während der Keimstreifenbildung, Trennung des Keimstreifens und bei der Fusion. A Die Expression beginnt in Zelle a0 (Pfeilspitzen). B Die Expression wird in den Tochterzellen a0' und a0'' fortgeführt (Pfeilspitzen) nach der dritten Teilung. Die Expression in den beiden Zellen ist noch nachweisbar bis in frühe Stadien der Trennung des Keimstreifens. C Keimstreifen bei ~ 55% E. Die Cluster von Zellen stammen von d0 ab. Innerhalb der Cluster beginnen Zellen, engrailed zu exprimieren (Pfeile). Dies Expression setzt ein, nachdem die Expression in a0 zurückgegangen ist. Die Zellen zwischen den Clustern exprimieren kein engrailed. T8 = Thoraxsegment 8.
Abb. 32 A-C Expressionsmuster von engrailed von Porcellio während der Keimstreifenbildung. Links Fotos, rechts Camera lucida Zeichnungen. In den Zeichnungen engrailed - positive Zellen schwarz. A Die Expression beginnt am Hinterrand des Mandibelsegments (Md) und ist dort beschränkt auf die lateralen Zellen. B Lateral und in der Mittellinie exprimieren nach der ersten Teilung die Zellen der vorderen Reihen Iab, IIab und IIIab engrailed (geschl. Pfeilspitzen). C Nach der zweiten Teilung exprimieren zunächst die Zellen beider Tochterreihen, a und b, engrailed (o. Pfeilspitzen). Senkrechte Pfeile markieren die Mittellinie.
Abb. 33 A-C Expressionsmuster von engrailed bei Porcellio. A Übersicht über einen Keimstreifen von ~30%. B Detail aus dem posterioren Abschnitt. Nach dem Stadium, in dem engrailed in den Reihen a und b exprimiert wird (o. Pfeilspitzen), bleibt die Expression in der Reihe a erhalten (geschl. Pfeilspitzen) und geht in der Reihe b zurück. Die engrailed+ Zelle der Reihe a teilt sich einmal und beide Tochterzellen sind engrailed+. C Detail aus dem anterioren Abschnitt. In der Mittellinie liegt auf der Höhe der Grenze zwischen den lateralen Reihen d und a eine große Zelle (o. Pfeilspitzen). Dahinter liegen ein bis zwei engrailed+ Zellen (geschl. Pfeilspitzen).
Abb. 34 Vergleich cell lineage und Differenzierung in der Mittellinie von Drosophila, Orchestia und Schistocerca. Den drei Vertretern gemeinsam ist, daß eine Stammzelle pro Segment differenziert wird: bei Drosophila ein MNB, bei Schistocerca ein MNGB, bei Orchestia ein MNB/MNGB. Die cell lineages der drei Vertreter unterscheiden sich in der Zahl der Teilungen vor der Differenzierung als Neuron oder Gliazelle, in der Zahl der Zelltypen und im Anteil der Zelltypen an der Gesamtzahl der Mittellinienzellen.
Abb. 35 Schematische Darstellung der hypothetischen Verteilung der Arborisation der ventralen Interneurone bei Orchestia. Die Ergebnisse der Markierungen sind erklärbar mit der Annahme, daß der MNB der Thoraxsegmente T2 - T8 einen Typ Neurone erzeugt, der Verzweigungen in allen Thoraxsegmenten von T2 bis T8 ausbildet, die die Laufbeine tragen.
Abb. 36 A-D Vergleich des Axonmusters von Orchestia mit den theoretisch möglichen und den bei Cherax, Porcellio, Schistocerca und Drosophila realisierten Neuronen. A Lage der Axone Orchestia. Von links nach rechts: H-förmiges Axonmuster paariger ventraler und dorsaler Axone in den Konnektiven, unpaares Axon im MFT und Axone eines unpaaren Motoneurons. B Mögliche Zusammensetzung eines H-förmigen Axonmusters durch ein, zwei oder vier Neurone. Von links nach rechts: Zusammensetzung aus einem, zwei paarigen ipsilateralen, zwei unpaaren medianen oder vier paarigen ipsilateralen Neuronen. Nicht gezeichnet: Möglichkeiten der Zusammensetzung aus paarigen kontralateralen Neuronen. C Unpaare Neurone der Insecta und Malacostraca. D Paarige Neurone Insecta.

[Titelseite] [Danksagung] [1] [2] [3] [4] [5] [Bibliographie] [Abkürzungsverzeichnis] [Lebenslauf] [Selbständigkeitserklärung]

© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.

DiML DTD Version 2.0
Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML - Version erstellt am:
Tue Apr 25 19:05:46 2000