Der eukaryotische Zellzyklus ist auf allen Ebenen der Genexpres-
sion reguliert. Sowohl breit angelegte genetische Screens als auch
funktionale Studien zu den beteiligten Proteinen haben unser Ver-
ständnis dieses fundamentalen Prozesses geprägt. In dieser Arbeit
behandle ich räumliche Aspekte der post-transkriptionalen Regulation
des Zellzyklus, die mit lichtmikroskopischen Einzelzell- und Einzel-
molekülmethoden experimentell zugänglich werden. Insbesondere
untersuchte ich die subzelluläre Lokalisierung der messenger RNA
von CLB2, einem zentralen Regulator der Mitose im eukaryotischen
Modellorganismus Saccharomyces cerevisiae (Bierhefe). Frühere Studien
zeigten, dass diese RNA sich im Laufe des vegetativen Zellwachstums
in der entstehenden Tochterzelle, der Knospe, anreichert. Mithilfe
modernster Fluoreszenzmikroskopie charakterisierte ich die Bewe-
gung und Verteilung einzelner CLB2 messenger RNA-Moleküle auf
Zeitskalen von Millisekunden bis hin zur Generationszeit dieser He-
fen. Ich zeigte, dass sich mit Hilfe von Multifokusmikroskopie unter
Verwendung optimierter Fluoreszenzmarker und der Entwicklung
objektiver Analysemethoden die Bewegung einzelner RNA-Moleküle
zwischen Mutterzelle und Knospe nachvollziehen lässt. Dazu präsen-
tiere ich eine Methode um die beobachteten Trajektorien der messenger
RNA mathematischen Analysen der Systembiologie zugänglich zu
machen. Weiterhin gab die Beobachtung der Verteilung einzelner CLB2
messenger RNA Moleküle über den Zellzyklus hinweg mittels einer
neuartigen Lichtblattmikroskopie (Lattice Light Sheet Microscopy)
Hinweise auf eine bisher unbekannte Dynamik in der Lokalisierung
dieser messenger RNA. Die hier entwickelten Methoden ermöglichen
eine quantitative Untersuchung räumlicher Aspekte der posttranskrip-
tionalen Zellzyklusregulation. / The eukaryotic cell cycle is regulated on all levels of gene expression.
Genetic screens and functional studies of the involved proteins have
shaped our understanding of this fundamental process. In this thesis
I use single cell and single molecule light microscopy methods to
investigate spatial aspects of post-transcriptional cell cycle regulation.
I investigated the subcellular localization of CLB2 mRNA, a central
regulator of mitosis in the eukaryotic model organism Saccharomyces
cerevisiae (baker’s yeast). Previous studies have shown that that this
messenger RNA is enriched in the emerging daughter cell, the bud,
during vegetative growth. Using pre-commercial fluorescence micro-
scopes I characterized the dynamics and partitioning of single CLB2
mRNA on time scales from milliseconds to the generation time of this
yeast. I demonstrate that using aberration corrected multifocus mi-
croscopy, optimized fluorescent markers, and here developed objective
analysis methods, the translocation of single mRNA molecules be-
tween mother and bud can be observed. In addition, I report a method
to make these trajectories available for the mathematical approaches
of Systems Biology. Further, the observation of single CLB2 mRNA
partitioning throughout the cell cycle with the use of lattice light sheet
microscopy suggested a previously unknown localization behavior
of the transcript. The methods developed here enable a quantitative
analysis of spatial aspects of post-transcriptional cell cycle regulation.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/24289 |
| Date | 02 November 2021 |
| Creators | Ehret, Severin |
| Contributors | Klipp, Edda, Herrmann, Andreas, Smith, Carlas |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf, application/zip |
| Rights | (CC BY-SA 4.0) Attribution-ShareAlike 4.0 International, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ |
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