Neural crest cells and sensory neurons are two prominent cell populations which are induced at the border between neural and non-neural ectoderm during early vertebrate development. The neural crest cells are multipotent and highly migratory precursors that give rise to face cartilage, peripheral neurons, glia cells, pigment cells and many other cell types unique to vertebrates. Sensory neurons are located dorsally in the neural tube and are essential for sensing and converting environmental stimuli into electrical motor reflexes. In my PhD thesis, I obtained novel insights into the complex processes of cell induction at the neural plate border by investigating the regulation and function of mdkb in zebrafish. First, it was possible to demonstrate that mdkb expression is spatiotemporally correlated with the induction of neural crest cells and primary sensory neurons at the neural plate border. Second, it became evident that the expression of mdkb is activated by known neural crest cell inducing signals, like Wnts, FGFs and RA, but that it is independent of Delta-Notch signals essential for lateral inhibition. Knockdown experiments showed that mdkb function is necessary for induction of neural crest cells and sensory neurons at the neural plate border, probably through determination of a common pool of progenitor cells during gastrulation. The present study also used the advantages of the zebrafish model system to investigate the in vivo function of all midkine gene family members during early brain development. In contrast to the situation in mouse, all three zebrafish genes show distinct expression patterns throughout CNS development. mdka, mdkb and ptn expression is detected in mostly non-overlapping patterns during embryonic brain development in the telencephalon, the mid-hindbrain boundary and the rhombencephalon. The possibility of simultaneously knocking down two or even three mRNAs by injection of morpholino mixtures allowed the investigation of functional redundancy of midkine factors during brain formation. Knockdown of Midkine proteins revealed characteristic defects in brain patterning indicating their association with the establishment of prominent signaling centers such as the mid-hindbrain boundary and rhombomere 4. Interestingly, combined knockdown of mdka, mdkb and ptn or single knockdown of ptn alone prevented correct formation of somites, either by interfering with the shifting of the somite maturation front or interferance with cell adhesion in the PSM. Thus, Ptn was identified as a novel secreted regulator of segmentation in zebrafish. / Neuralleistenzellen und sensorische Neuronen werden während der frühen Wirbeltierentwicklung an der Grenze zwischen dem neuralen und epidermalen Ektoderm gebildet. Neuralleistenzellen sind multipotente Vorläufer von verschiedenen Geweben, wie der Knorpelanteile des Kopfskeletts, peripherer Neurone, Gliazellen, Pigmentzellen und vieler weiterer Derivate. Sensorische Neurone befinden sich im dorsalen Rückenmark und sind wichtig für die Wahrnehmung von Hautreizen. Durch Untersuchung der Regulation und Funktion von mdkb im Zebrafisch konnte ich in meiner Doktorarbeit neue Einsichten in den komplexen Prozess der Zellinduzierung an der Grenze der Neuralplatte erlangen. Es zeigte sich, dass die Expression von mdkb zeitlich und räumlich mit der Induktion von Neuralleistenzellen und primären Neuronen an der Neuralplattengrenze korreliert. Weiterhin konnte ich nachweisen, dass die mdkb Expression durch Signalwege reguliert wird, die für die Induktion von Neuralleistenzellen wichtig sind, wie Wnt, FGF und Retinolsäure. Signale der Delta-Notch Familie, welche essentiell für laterale Inhibition sind, werden dagegen nicht für die mdkb Expression benötigt. Weitere knockdown Experimente zur Reduktion der mdkb-Funktion bewiesen, dass mdkb notwendig für die Induktion von Neuralleistenzellen und der sensorischen Neuronen an der Neuralplattengrenze ist. Des Weiteren konnten im Verlauf dieser Doktorarbeit die in vivo Funktionen aller Mitglieder der midkine Genfamilie während der frühen Gehirnentwicklung untersucht werden. Im Unterschied zu höheren Vertebraten, wie z. B. der Maus, wiesen alle drei midkine Gene des Zebrafisches unterschiedliche Expressionsmuster während der Entwicklung auf. mdka, mdkb und ptn zeigten in Regionen hoher Zellproliferation, wie dem Telencephalon, der Mittel-Nachhirngrenze und dem Nachhirn in der Regel keine Überlappung während der embryonalen Gehirnentwicklung. Die Möglichkeit der simultanen Reduktion zweier oder dreier Proteine durch Injektion von Morpholinogemischen erlaubte die Untersuchung einer eventuellen funktionellen Redundanz während der Gehirnentwicklung. Die Reduktion der Midkine Proteine resultierte in charakteristischen Defekten während der Regionalisierung des Gehirns, was auf eine Rolle während der Bildung essentieller Signalzentren im Gehirn hindeutet. Auffallend waren auch Defekte in der Somitenbildung, die nach gleichzeitiger Reduktion von mdka, mdkb und ptn auftraten. Diese Defekte beruhen entweder auf einer Positionsveränderung der Somiten-Reifungszone oder auf einer Störung der Zelladhäsion im präsomitischen Mesoderm durch Ptn. Somit zeigen die Daten eine neue Funktion von Ptn als sekretiertem Regulator der Somitogenese im Zebrafisch.

Würzburg, Univ., Diss., 2009. / Zsfassung in dt. Sprache.

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