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type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Lischik, Colin
title: Combining in vivo imaging and mechanistic approaches to investigate Wnt regulation of retinal stem cells
subjects: ddc-570
subjects: ddc-590
divisions: i-140001
adv_faculty: af-14
abstract: Adult postembryonic stem cells reside in tissues throughout the body of most vertebrates. Little is known, however, about the growth mode and regulation of single stem and progenitor cells in vivo. The continuous life-long growth and the accompanying presence of stem cells in all adult organs renders medaka a perfect model organism to address these unknowns. In particular, medaka’s retinal stem cells are an ideal model for stem cell biology. Their position in surface proximity, their exclusive contribution to one of both retinal layers (neural retina or retinal pigmented epithelium) and their multipotency render retinal stem cells a great experimental system. Furthermore, medaka retinal stem cells can be investigated by in vivo assays in the context of the whole organism. In combination with the Cre/loxP system it is possible to mark and/or alter the signaling state of single cells. Subsequently, these cells and their progeny can be followed and clonally examined. Taken together, single cell spatial resolution and long-term observation of medaka retinal stem cells is possible.

This thesis focused on the in vivo behavior and Wnt signaling regulation of retinal stem and progenitor cells by in vivo imaging and clonal analysis.

To address this aim, three experimental lines were followed. First, in vivo imaging of medaka was enhanced to perform in vivo investigation of retinal stem cells. I optimized the choice of fluorescent proteins, anesthesia and presence of interfering pigmentation. Second, long-term in vivo microscopy of retinal stem and progenitor cells was performed, followed by tracking and track analysis. Finally, the Wnt signaling state of single retinal stem and progenitor cells was altered and the change in proliferative capacity and differentiation potential was investigated.

In conclusion, using the established in vivo imaging toolset, I unraveled fundamental mechanisms of the regulation of in vivo stem cells by Wnt, while being embedded in their organismal context. I showed that high Wnt stimulation in all cell types of the retina led to a high incidence of apoptosis. In contrast, low Wnt stimulation in retinal stem and progenitor cells restricts their proliferative capacity without altering their differentiation potential.
abstract_translated_text: Die meisten Vertebraten tragen adulte, postembryonale Stammzellen in sich. Allerdings ist über den Wachstumsmodus und die Regulation einzelner Stamm- und Vorläuferzellen in vivo wenig bekannt. Medaka ist ein ausgezeichneter Modellorganismus, um diese Unbekannten zu adressieren. Durch sein ununterbrochenes und lebenslanges Wachstum befinden sich Stammzellen in allen adulten Organen. Dies macht Medaka zum perfekten Modellorganismus, um den Wachstumsmodus und die Regulation zu adressieren. Insbesondere sind die retinalen Stammzellen zu diesem Forschungszweck ein ideales Modell. Ihre Position in Oberflächennähe, ihr exklusiver Beitrag zu einer der beiden retinalen Schichten (neuronale Retina oder retinales pigmentiertes Epithel) und ihre Multipotenz machen retinale Stammzellen zu einem ausgezeichneten System. Weiterhin können retinale Stammzellen in Medaka in vivo im ganzorganismischen Kontext untersucht werden. In Kombination mit dem Cre/loxP-System ist es möglich einzelne Zellen und ihre Nachkommen zu markieren und/oder ihren Signalstatus zu ändern. Anschließend können diese Zellen und ihre Nachkommen verfolgt und klonal untersucht werden. Zusammengefasst ist hiermit die räumliche Einzelzellauflösung und Langzeitbeobachtung von retinalen Stammzellen in Medaka möglich.

Schwerpunkt dieser Arbeit ist das in vivo Verhalten und die Wnt Signalwegregulation der retinalen Stamm- und Vorläuferzellen. Dies wird untersucht mithilfe von in vivo Mikroskopie und klonaler Analyse.

Um dieses Ziel zu erreichen wurden drei experimentelle Linien verfolgt. Erstens verbesserte ich die in vivo Mikroskopie von Medaka, um eine in vivo Untersuchung von retinalen Stammzellen durchführen zu können. Hierfür optimierte
ich die Wahl des Fluoreszenzproteins, die Anästhesie und die vorhandene interferierende Pigmentierung. Zweitens führte ich in vivo Langzeitmikroskopie von retinalen Stamm- und Vorläuferzellen durch, gefolgt von Zellverfolgung und Verfolgungsanalyse. Schlussendlich veränderte ich den Wnt Signalstatus einzelner retinaler Stamm- und Vorläuferzellen. Darrauffolgend untersuchte ich die resultierenden Änderungen der Proliferationskapazität und des Differenzierungspotenzials.

Abschließend erforschte ich fundamentale Mechanismen der Regulation von in vivo Stammzellen durch den Wnt Signalweg. Durch die Analyse wurde gezeigt, dass niedrige Wnt Stimulation in retinalen Stamm- und Vorläuferzellen ihre
Proliferationskapazität einschränkt. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass hohe Wnt Stimulation in allen Zelltypen der Retina zu einer hohen Inzidenz von Apoptose führt.
abstract_translated_lang: ger
date: 2019
id_scheme: DOI
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ppn_swb: 1669493814
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-heidok-264832
date_accepted: 2019-05-24
advisor: HASH(0x561a62908570)
language: eng
bibsort: LISCHIKCOLCOMBININGI2019
full_text_status: public
citation:   Lischik, Colin  (2019) Combining in vivo imaging and mechanistic approaches to investigate Wnt regulation of retinal stem cells.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/26483/1/PhDThesis.pdf