title: Identifizierung und Charakterisierung von Fibroblasten-Wachstumsfaktoren und -Rezeptoren bei Hydra
title: Identification and characterization of fibroblast growth factors and -receptors in Hydra
Creators: name: Lange, Ellen
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: FGFR , FGFRL1
Hydra
fibroblast growth factor receptor
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie
Fibroblastenwachstumsfaktor , Fibroblastenwachstumsfaktorrezeptor
FGF
fgf
firboblast growth factor
fgfr , hydra

description: FGFs are small signaling
      polypeptides and most of them act extracellularly. They exist
      in invertebrates and vertebrates. In the latter between 19
      (Gallus gallus) and 27 (Danio rerio) different FGFs are
      known, while within the invertebrates, the number of FGFs is
      much lower. The size of FGFs varies between 17 kDa and 34 kDa
      in vertebrates and between 21 kDa and 86 kDa in
      invertebrates. The high structural similarity within the
      typical FGF core region, even across species, allows their
      classification into seven subfamilies. FGFs are involved in
      different developmental processes, like limb bud development,
      establishment of boundaries or tubulogenesis. By binding to
      an FGF receptor, FGFs control, in a concentration-dependent
      manner, e.g. cell migration, cell differentiation and cell
      adhesion. FGFRs are membrane bound receptors and belong to
      the superfamily of receptor tyrosine-kinases. There are four
      canonical and one non-canonical FGFR in vertebrates, and up
      to two canonical and one non-canonical FGFR in invertebrates.
      In contrast to canonical FGFRs, the non-canonical receptor,
      FGFRL1, lacks a tyrosine kinase domain and is supposed to be
      a negative regulator for the FGF/FGFR signaling pathway. Two
      hypotheses are discussed to explain the evolution of FGFs.
      One claims that only few FGFs existed in the Urmetazoa, the
      other one claims that multiple FGFs existed already. In the
      case of FGFRs, it is assumed that a single ancestral receptor
      sequence underwent duplication in the invertebrate phyla
      independently. The four vertebrates FGFRs emerged during a
      second phase of gene duplication. Very little is known about
      the FGF/FGFR signaling pathway in Hydra. Earlier studies
      indicated the presence of one FGF-receptor, FGFRa, and one
      possible FGF, HvFGF1/2 in Hydra vulgaris Zürich. FGFRa is
      essential for the bud detachment. In this thesis, I
      identified the full set of Hydra FGFs and FGFRs, investigated
      their phylogeny, their gene expression patterns and protein
      localization. These studies allowed predictions about
      potential functions as well as the evolution of FGFs and
      FGFRs. The phylogeny of the Hydra FGFs supports the
      hypothesis that it was originally only few FGFs. The data
      suggest, that there were three FGFs in the ancestor of Hydra
      and Bilateria. The transcription pattern of the four Hydra
      vulgaris AEP FGFs and the protein localization of FGF-f
      indicated that the FGFs probably have multiple functions in
      Hydra. Two more FGFRs, FGFRb and HvFGFRL1 were identified.
      FGFRb, a second canonical FGFR, might act redundantly to
      FGFRa, while HvFGFRL1 has the potential to act as a negative
      regulator of the FGF/FGFR signaling pathway with respect to
      the differential speed of cell migration into the hypostome
      and the tentacles. Concerning the number and expression
      patterns of ligands and receptors, my data shows that the
      FGF/FGFR tool kit was already complex in the ancestor of
      Hydra and Bilateria.
description: Bei FGFs handelt es sich um kleine,
      meist extrazellulär agierende, Signalmoleküle. Sie sind
      sowohl bei Vertebraten, als auch bei Invertebraten vorhanden.
      Vertebraten besitzen abhängig von der Spezies zwischen 19
      (Gallus gallus) und 27 (Danio rerio) verschiedene FGFs.
      Innerhalb der Invertebraten ist die Anzahl an FGFs weitaus
      geringer. Die Größe der FGFs liegt bei Vertebraten zwischen
      17 kDa und 34 kDa und bei Invertebraten zwischen 21 kDa und
      86 kDa. Aufgrund starker struktureller Ähnlichkeiten
      innerhalb der für FGF typischen Core-Region, auch über die
      Spezies hinweg, lassen sich die FGFs der Vertebraten, z.T.
      auch die der Invertebraten, in 7 Unterfamilien einteilen.
      Funktionell sind FGFs an verschiedenen
      entwicklungsbiologischen Prozessen, wie z.B. am Auswachsen
      von Gliedmaßenknospen, an der Etablierung von Grenzen und der
      Tubulogenese beteiligt. Dabei vermitteln FGFs
      konzentrationsabhängig über die Bindung an FGF-Rezeptoren
      u.a. Zellmigration, Zelldifferenzierung und Zelladhäsion.
      FGF-Rezeptoren sind membranständige Rezeptoren, die zur
      Superfamilie der Rezeptor-Tyrosinkinasen gehören. Vertebraten
      besitzen vier kanonische und einen nicht-kanonischen
      FGF-Rezeptor. Invertebraten haben ein bis zwei kanonische und
      einen nicht-kanonischen FGF-Rezeptor. Dem nicht-kanonischen
      FGF-Rezeptor, FGFRLike1, fehlt intrazellulär die
      Tyrosinkinase-Domäne. Er wird daher als ein möglicher
      Negativ-Regulator des FGF/FGFR-Signalweges angesehen. Zur
      Evolution der FGFs gibt es verschiedene Hypothesen. Zum einen
      wird diskutiert, ob aus wenigen FGFs im Laufe der Evolution
      viele entstanden sind oder umgekehrt. Im Falle der
      FGF-Rezeptoren wird von einem ursprünglichen Rezeptor
      ausgegangen, aus dem durch linienspezifische Duplikationen
      die ein bzw. zwei FGF-Rezeptoren der Invertebraten entstanden
      sind. Die vier FGF-Rezeptoren der Wirbeltiere entstanden
      während einer zweiten Phase der Vertebraten-Genexpansion. Für
      Hydra ist in Bezug auf den FGF/FGFR-Signalweg nur wenig
      bekannt. Frühere Arbeiten zeigen, dass Hydra vulgaris Zürich
      einen FGF-Rezeptor, FGFRa, und ein mögliches FGF, HvFGF1/2,
      besitzt. FGFRa ist essentiell für die Ablösung der Knospe. Im
      Rahmen dieser Arbeit wurde nach weiteren putativen FGFs und
      FGF-Rezeptoren gesucht. Diese wurden anschließend in Bezug
      auf Struktur, Transkription und z.T. Proteinlokalisation hin
      untersucht, um so Aussagen über mögliche Eigenschaften und
      Funktionen, sowie über die Evolution von FGFs und FGFRs
      treffen zu können. Die phylogenetische Einordung der FGFs von
      Hydra unterstützt die Hypothese, dass es ursprünglich wenige
      FGFs gab. Die Daten deuten an, dass der gemeinsame Vorfahr
      von Hydra und den Bilateria 3 FGFs besaß. Sowohl die
      Transkriptionsmuster der 4 FGFs aus Hydra vulgaris AEP, als
      auch die Proteinlokalisation von FGF-f deuten an, dass auch
      der FGF/FGFR Signalweg in Hydra vielfältige Funktionen
      erfüllt. Zwei weitere FGF-Rezeptoren, FGFRb und HvFGFRL1,
      konnten ebenfalls identifiziert werden. FGFRb, ein zweiter
      kanonischer FGFR, könnte eventuell redundant zu FGFRa
      agieren. Bei HvFGFRL1 könnte es sich um einen
      Negativ-Regulator des FGF/FGFR-Signalweges handeln, der
      Einfluss auf die Zellwanderungsgeschwindigkeit ins Hypostom
      und auf die Lokalisation der Tentakel nimmt. Die Ergebnisse
      meiner Arbeit machen deutlich, dass der FGF/FGFR Signalweg,
      was die Zahl an Liganden und Rezeptoren, aber auch die
      möglichen Funktionen, angeht, schon im Vorläufer von Hydra
      und Bilateria sehr komplex gewesen sein muss.