Target tissues of melatonin and PDF in Platynereis

Platynereis dumerilii (Annelida) ist zu einem erfolgreichen Modellorganismus geworden, der vor allem in Evolutionsforschung, vergleichender Genomik und Neurobiologie Verwendung findet (D. Arendt et al. 2004; Raible et al. 2005; Jekely et al. 2008). Die synchrone Massenbefruchtung, die zum Erfolg der externen Befruchtung fuhrt, ist eine weitere Besonderheit von Platynereis und zahlreichen anderen marinen Invertebraten (Fox 1924; Korringa 1947). Dieses Phanomen wird durch eine endogene lunare Uhr gesteuert, wobei die Synchronitat des Zyklus nur durch einen nachtlichen Lichtstimulus bewahrt wird (Hauenschild 1960). Zusatzlich verfugt Platynereis auch uber eine circadiane Uhr, um einen geregelten Tag-Nacht-Rhythmus aufrecht zu erhalten (D. Arendt et al. 2004). Ein weiterer Grund fur die Erforschung von Lophotrochozoa und im Besonderen von Platynereis sind ihre Genstruktur, ihre Entwicklung und ihre Anatomie, die urzeitliche und evolutionar ursprungliche Charakteristika aufweisen. Sie sind weniger stark evolviert als andere haufig verwendete Modellsysteme und daher wichtig fur unser Verstandnis der tierischen Evolution (Tessmar-Raible and Arendt 2003). Diese ursprunglichen Charakteristika betreffen auch die Komponenten des Hormonsystems, zum Beispiel Steroid-Rezeptoren (Eick and Thornton 2011). Kurzlich identifizierten wir mehrere wichtige Komponenten der zuvor genannten Systeme der inneren Uhren, unter anderem Melatonin und den pigment dispersing factor, PDF (unpublished data). Auch diese zwei Hormone weisen ursprungliche Charakteristika auf und anhand anderer Spezies ist erwiesen, dass sie durch Licht reguliert werden, entweder direkt oder indirekt durch eine endogene Uhr. Melatonin wurde in fast allen Organismen vorgefunden, kann jedoch am besten anhand von Vertebraten studiert werden. Hier stellt es den bedeutendsten Output-Faktor der circadianen Uhr dar (Bell-Pedersen et al. 2005; Hardeland and Poeggeler 2003). PDF wurde zuerst in Krustazeen vorgefunden und daraufhin im Detail in Drosophila melanogaster erforscht, wo es vielfaltige Rollen fur die circadiane Uhr spielt (Helfrich-Forster 2009). Da ein detailliertes Verstandnis der Eigenschaften von Hormonrezeptoren bereits in der Vergangenheit dazu beigetragen hat, die Funktionen des bindenden Hormons ans Licht zu bringen (Lincoln et al. 2006), war es das Ziel dieser Studie, die Zielrezeptoren der vorhin genannten Hormone zu identifizieren und zu erforschen. Nachdem ich eindeutige orthologe Sequenzen der Melatonin- und PDF-Rezeptoren in Platynereis identifiziert hatte, konnte ich sie erfolgreich klonieren. Anhand von durch In Situ Hybridisation erlangten Daten embryonaler Entwicklungsstadien konnte ich eruieren, dass der Melatoninrezeptor konstant im Nervengewebe, vorrangig in bestimmten Hirnregionen, exprimiert wird. Durch einen Vergleich dieser Farbungsmuster mit jenen von Aanat und Hiomt gelangte ich zu der Vermutung, dass Melatonin im Gebiet posterior zum Neuropil produziert wird und dann durch Neuronen in die Melatonin wahrnehmenden Zellen anterior zum Neuropil transportiert wird. Ich konnte auserdem mit einem Cell Impedance Assay zeigen, dass dieser Rezeptor fahig ist, Melatonin zu binden. Die PDF Rezeptor-Sequenz zeigt grose Ahnlichkeit mit orthologen Genen, und ihre Expression findet konstant und ausschlieslich im Nervengewebe statt. Dies schliest bei sehr jungen Entwicklungsstadien Zellen in der ventralen Nervenplatte, sowie allgemein dorsale und dorsolaterale Regionen im Kopf ein. Dieses Expressionsmuster im Kopf ist zu einem gewissen Grad konsistent mit Beobachtungen, die an Drosophilae gemacht wurden (Lear et al. 2005). Aufgrund der Tatsache, dass ich nicht in der Lage war, die volle Lange des Rezeptors zu klonieren, fehlt die notwendige Verifikation fur die Bindung dieses Rezeptor-Kandidaten an sein Bindungsprotein PDF. Mit Immunohistochemie und Whole Mount in Situ Hybridisation analysierte ich die ortlichen und zeitlichen Muster der RNA- und Proteinexpression von PDF in Larven und adulten Wurmern. Durch diese Daten war es moglich, eine erste Einsichten in die zeitliche und raumliche Lokalisation von PDF und seines Rezeptors zu erlangen. Eine Media-CD mit Videos, Bildern und Sequencen ist beigelegt.