Large-Scale RNAi Screen to Identify Genes Involved in Axon Guidance in Caenorhabditis elegans
Diese Arbeit wurde durchgeführt, um Gene, die axonale Wegfindung im Nervensystem von Caenorhabditis elegans steuern, zu identifizieren. C. elegans stellt aufgrund seiner einzigartigen physiologischen Eigenschaften ein gutes Modellsystem für das Studium einer Vielzahl biologischer Prozesse dar. Das Nervensystem von C. elegans ist einfach strukturiert und umfasst 302 Neuronen. Diese Neuronen bilden stereotype Netzwerke mit ihren anterior-posterior und dorsal-ventral verlaufenden axonalen Fortsätzen aus. In dieser Arbeit nutzen wir die kürzlich beschriebene Methode der RNA Interferenz (RNAi) im Wurm zur Identifikation von neuen Genen der axonalen Wegfindung. Allerdings ist das Nervensystem von C. elegans resistent gegen systemische RNAi und Transport von doppelsträngigen RNA Molekülen in benachbarte nicht-neuronale Zellen veranlasst keine neuronale RNAi. Aus diesem Grund begannen wir mit der Identifizierung von C. elegans Mutanten, die eine erhöhte Empfindlichkeit für RNAi im Nervensystem aufweisen. Eine chemische Mutagenese wurde durchgeführt, gefolgt von einem Screen nach Mutanten mit effizienter RNAi im Nervensystem. Eine der Mutanten (nre-1, für neuronal RNAi efficient) zeigte starke Suppression der Genexpression im Nervensystem nach RNAi durch Füttern. Wir nutzten die nre-1 supersensitive Mutante für einen revers genetischen Screen zur Idenfizierung von Genen der axonalen Wegfindung in C. elegans. Um die Fortsätze der Nervenzellen sichtbar zu machen, wurde ein transgener Stamm im nre-1 Hintergrund erzeugt, in dem ein Teil der Inter- und Motoneurone durch gelb fluoreszierendes Protein (YFP) markiert ist. Dieser Stamm wurde für einen Screen von 2416 Genen auf Chromosom I verwendet. Dazu wurde eine library von Bakterienklonen, die einem bestimmten Gen entsprechende dsRNA exprimieren, an C. elegans verfüttert. Der Screen führte zur Identifizierung von 57 Kandidatengenen, die penetrante axonale Wegfindungsdefekte in Motoneuron-Kommissuren und Axonen des Ventralstrangs in C. elegans zur Folge haben. Die identifizierten Gene sind involviert in eine Vielzahl von biologischen Prozessen wie DNA-Metabolismus, Translation, Transkription und Signaltransduktion. Einige kodieren für Zelloberflächenmoleküle und Zytoskelettkomponenten. Zusätzlich zu neuen Genen konnten im Screen Gene identifiziert werden, die in andere biologische Prozesse involviert sind, aber bis jetzt nicht mit axonaler Wegfindung in Verbindung gebracht wurden. Beispielsweise führt Verlust von pry-1, einem Axin Homolog in C. elegans, zu axonalen Defekten. Axin ist ein assoziierter Faktor des ß-Catenin Komplexes und damit ein negativer Regulator in Wnt vermittelter Signaltransduktion. Weitere Studien an anderen, in diesem Screen identifizierten Kandidatengenen wie z.B. neuen Rezeptoren, Signalmolekülen, Kinasen und Transkriptionsfaktoren können uns in Zukunft einen weiteren Einblick in die molekularen Mechanismen der axonalen Wegfindung geben.
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