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The Role of Zygotic Gene Activation Controlling the Onset and Coordination of Mid-blastula Transition

Sung, Hung-wei

German Title: Die Rolle der zygotichen Genaktivierung, welche die Entstehung und Koordinierung des Übergangs zum mittleren Blastulastadium steuert

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Abstract

Im frühen Embryo vermehren sich die Kerne zunächst durch 13 synchrone Kernteilungen. Nach den Kernteilungen stoppt der Zellzyklus, die zygotische Transkription wird aktiviert, maternale RNAs werden abgebaut und die Zellularisation beginnt. Dieser Übergang wird allgemein als mid-blastula transition (MBT) bezeichnet. Es konnte gezeigt werden, dass (1) die Verlängerung der Interphasen und Regulatoren des Zellzyklus wie z.B. grapes, (2) der Abbau maternaler RNAs wie z.B. string mRNA und (3) die Expression zygotischer Mitoseinhibitoren wie z.B. frühstart an der zeitlichen Koordination des Übergangs beteiligt sind. Trotzdem ist der molekulare Mechanismus zur Kontrolle der Kernteilungszahl immer noch unbekannt. Um die Rolle der zygotischen Genexpression bei der Regulation des MBT-Starts zu erforschen, wurden zwei Ansätze gewählt: (1) Die Analyse genomischer Regulationselemente von frühstart. (2) Die phänotypische Analyse eines neuen RNA Polymerase II Alleles, RPII215X161. Mittels Reporterassay wurden zwei Motive in der Promoterregion von frühstart identifiziert die eine verfrühte Expression von frühstart verhindern. Mittels EMSA wurde ein weiteres Motiv identifiziert, an das Proteine binden und das für eine starke frühstart Expression notwendig ist. Die Analyse des neuen RNA Polymerase II Allels RPII215X161 ergab einen Einzelbasenaustausch innerhalb der 3„-untranslatierten Region der RNA Polymerase II, der zu erhöhten Protein- und Transkriptmengen im Embryo führt. Die Hälfte der mutierten Embryonen (unabhängig vom zygotischen Genotyp) durchlaufen nur 12 Kernteilungszyklen und beginnen dann verfrüht mit der Zellularisation. Zusätzlich werden in allen Embryonen die zygotischen Gene slam und frühstart verfrüht exprimiert sowie die maternalen Transkripte der string und twine früher abgebaut als im Wildtyp. Die Daten zeigen, dass die Aktivierung zygotischer Gene eine essentielle Rolle bei der zeitlichen Regulation und Koordination der MBT spielt.

Translation of abstract (English)

In the early embryos of Drosophila, the nuclei proliferate by invariantly 13 synchronous nuclear divisions. After nuclear divisions, the cell cycle stops, the zygotic gene is activated, maternal transcripts are degraded and cellularization starts. The transition is commonly referred to as mid-blastula transition (MBT). Previously, evidences have been showed that the following factors were involved in controlling MBT: (1) the extension of interphases and the cell cycle regulators such as grapes. (2) the degradation of maternal RNAs, such as string mRNA, and (3) the expression of zygotic mitotic inhibitors, such as frühstart. However, the molecular mechanism for controlling number of nuclear divisions remains unclear. In order to investigate the role of the zygotic gene expression in regulating the onset of MBT, I used two approaches: (1) the dissection of genomic regulatory elements of frühstart. (2) the phenotypic analysis of a novel RNA polymerase II allele, RPII215X161. Via a reporter assay, we identified two motifs at the frs promoter region which prevent the premature expression of frühstart. By EMSA, we identified anonther motif which show protein binding and is required for the strong frs expression. By analysis of a novel RNA polymerase II allele, RPII215X161, we identified a single nucleotide exchange in the 3‟-untranslated region of RPII215X161, which leaded to higher level of protein and transcrips in early embryo. Half of the mutant embryos (independent of the zygotic genotype) undergo only 12 nuclear divisions and start cellulariztion precociously. In addition, zygotic genes slam and fühstart are expressed earlier and maternal transcripts of CDC 25 homologs, string and twine are degraded earlier than normal in all embryos. Our data demonstrated zygotic gene activation paly an essential role regulating the timing and coordination of MBT.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Steinbeisser, Prof. Dr. Herbert
Date of thesis defense: 21. July 2011
Date Deposited: 26. Jul 2011 10:34
Date: 2011
Faculties / Institutes: Service facilities > Center for Molecular Biology Heidelberg
Subjects: 570 Life sciences
Uncontrolled Keywords: Blastulastadium , Embryogenesis , FurchungMidblastula transition , Embryogenesis , cleavage cycles
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