German Title: Die Platynereiszelle

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Abstract

All organisms are composed of cells. These cells display a plethora of different morphologies and functions. Since their discovery in their in the seventeenth century their secrets and mysteries have fascinated philosophers and natural scientists alike. In the first part of this thesis I describe experiments performed on a very curious organism; the zebrafish, Danio rerio, whose every cell can carry out a function relegated to only a few chosen cells in other organisms - that of light perception. In order to investigate this phenomenon a genome-wide screen for light-induced genes and miRNAs was performed in the zebrafish embryo, at a stage when photoreceptive organs or structures were not present yet . We revealed the regulatory mechanism that controls these processes. Using a computational approach in combination with knock down and over expression studies we demonstrate that the PAR bZip transcription factor TEF a plays a key role in the regulation of the majority of light-induced genes during early zebrafish development. Since we show that tef alpha! transcription is under circadian clock control, our data suggest that fish embryos anticipate the daily exposure to radiation and the ensuing damage. This capacity to respond to light directly is common to all zebrafish cells but is restricted to only a chosen few in many organisms, in which specific cells called photoreceptors are required for either circadian or non-circadian light perception. Cells categorized as a function of their function, morphology or gene expression are called cell types. Considerable interest has been taken in the evolutionary conservation of cell types between different phyla. In the second part of this thesis, I present work performed in the lab of Dr. Detlev Arendt on the marine polychaete worm Platynereis dumerilii, performing exploratory method development to dissociate larval and adult worm into individual cells in the most efficient fashion, followed by characterization of the resulting single cell suspensions using morphological and molecular methods. Attempts at cell culture from Platynereis dumerilii larval and adult cells as well as other marine organisms are described, demonstrating that primary cell culture can be achieved in these organisms but that further effort is necessary to identify appropriate conditions necessary for the proliferation and survival of these cells.

Translation of abstract (German)

Alle Organismen sind aus Zellen aufgebaut, die seit ihrer Entdeckung im 17. Jahrhundert Philosophen und Naturwissenschaftler gleichermassen faszinieren. Zellen zeigen eine Fülle unterschiedlicher Morphologien und Funktionen. Im ersten Teil dieser Arbeit geht es um die Wahrnehmung von Licht im Zebrafisch, bei dem im Gegensatz zu anderen Tieren jede Zelle lichtempfindlich ist. Um dieses Ph¨anomen zu untersuchen, habe ich ein genomweites Screening nach lichtinduzierten Genen und MikroRNAs im Zebrafischembryo durchgeführt, in einem Stadium, in dem noch keine Augen oder andere lichtempfindlichen Organe entwickelt sind. Mit diesen Experimenten konnten wir die der Lichtinduktion zugrundeliegenden genregulatorischen Prozesse beschreiben. Mit Hilfe von bioinformatischer Analyse in Verbindung mit dem experimentellen Ausschalten und der Überexpression von Genen konnten wir nachweisen, dass ein bestimmter Transkriptionsfaktor der PAR bZip Familie, TEF alpha, eine wichtige Rolle bei der Regulation lichtinduzierter Gene im frühen Zebrafischembryo spielt. Da die Transkription von TEF alpha circadianer Kontrolle unterliegt, legen unsere Daten nahe, dass die Fischembryonen die tägliche Strahlungsexposition und damit verbundene Schädigung der Zellen vorwegnehmen und entsprechende Gene vorsorglich aktivieren. Bei den meisten Tieren ist Lichtempfindlichkeit vor allem in spezialisierten Lichtsinneszellen ausgeprgt. Solche aufgrund ihrer Morphologie, Funktion und Genexpression kategorisierten Zellen bilden einen ”Zelltyp”. Die mgliche Homologie von Zelltypen zwischen verschiedenen Tierstmmen hat in jüngster Zeit grosses Interesse erregt. Im zweiten Teil meiner Arbeit beschreibe ich Experimente, die ich im Labor von Dr. Detlev Arendt am Meeresringelwurm durchgefhrt habe. Ich habe versucht, Methoden zur effizienten Dissoziation von embryonalen, larvalen und juvenilen Würmern in Einzelzellen zu entwickeln und im Anschluss daran die daraus resultierende Zellsuspension morphologisch und molekular zu charakterisieren. Ansätze zu einer Etablierung einer Zellkultur von larvalen und adulten Meeresringelwrmern sowie anderer Meeresorganismen werden ebenso vorgestellt, welche die Machbarkeit einer solchen Kultur zeigen. Weitere Anstrengungen werden vonnöten sein, um genauere Wachstums- und Überlebensbedingungen für diese Zellen in der Kultur herauszuarbeiten.