Untersuchungsgegenstand dieser Arbeit ist die Taufliege D. melanogaster. Sie ist heutzutage einer der meistverwendeten Modellorganismen in der Forschung. Die Entdeckung der white-Mutation von Morgan vor etwas mehr als einem Jahrhundert weckte großes Interesse an der Fliege und ihrem Genom. Sie wurde zu einem Untersuchungsobjekt, das durch eine Reihe an Vorteilen im Vergleich zu anderen Organismen überzeugte: eine sehr kurze Generationszeit, eine große Anzahl an Nachkommen, außerdem ist sie einfach zu halten und recht kostengünstig in der Haltung. Der Lebenszyklus von Drosophila kann außerdem leicht beeinflusst werden, da dieser stark temperaturabhängig ist – bei 25 °C dauert die Generationszeit zehn bis zwölf Tage, bei 18 °C hingegen – etwa doppelt so lange. Die Larven unterscheiden sich in ihrer Morphologie erheblich von den adulten Tieren, weil die Fliege eine vollständige Metamorphose durchläuft.
Das Atemwegsepithel stellt nicht nur eine physikalische Grenze zwischen Geweben, Organen und Umwelt dar. Es erfüllt zudem komplexe metabolische und immunologische Aufgaben und spielt somit eine zentrale Rolle bei vielen Lungenerkrankungen.
Der korrekte Ablauf dieser Aufgaben ist auf eine Reihe von Signalwegen angewiesen, darunter auch der JAK/STAT-Signalweg. Seine Aktivierung kann einen Einfluss auf die Erkrankung und auch auf das Epithel selbst nehmen, indem z. B. der Signalweg die Transkription von Entzündungsgenen bewirkt. Angesichts dieser Tatsache sind JAK-Inhibitoren legitime Kandidaten für den therapeutischen Einsatz bei chronischen Entzündungskrankheiten der Lunge.
Dennoch sind diese komplexen Ablaufprozesse und deren zugrunde liegenden Mechanismen noch wenig erforscht. Vor allem die große Varietät an Komponenten des JAK/STAT-Signalweges im menschlichen Atemwegsepithel und die vielen Faktoren, die einen Einfluss darauf haben könnten, erschweren diese Aufgabe erheblich.
Inhaltsverzeichnis
- Abkürzungsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 D. melanogaster als Modellorganismus
- 1.1.1 Hintergrund
- 1.1.2 Genetische Manipulationen von Drosophila
- 1.1.3 Bedeutung von D. melanogaster in der biomedizinischen Forschung
- 1.2 Der JAK/STAT-Signalweg
- 1.2.1 Der JAK/STAT-Signalweg in Drosophila
- 1.2.2 Einfluss des JAK/STAT-Signalweges auf epitheliale Lungenerkrankungen
- 1.2.2.2 Der JAK/STAT-Signalweg in Asthma
- 1.2.3 Einfluss von JAK-Inhibitoren auf den JAK/STAT-Signalweg
- 1.3 Das larvale respiratorische System in D. melanogaster
- 1.4 Zielsetzung dieser Arbeit
- 2 Material und Methoden
- 2.1 Material
- 2.1.1 Verbrauchsmaterial
- 2.1.2 Geräte
- 2.1.3 Puffer und Lösungen
- 2.1.4 Chemikalien und Nährmedien
- 2.1.4.1 Chemikalien
- 2.1.4.2 Nährmedien
- 2.1.4.2.1 Drosophila-Standardmedium
- 2.1.4.2.2 CM
- 2.1.4.2.3 Apfelsaftagarplatten
- 2.1.5 Fliegenstämme
- 2.1.6 Software
- 2.2 Methoden
- 2.2.1 Fliegenzucht und Kreuzungen
- 2.2.2 Eiablage und Screeningvorbereitung
- 2.2.3 Applikation der JAK-Inhibitoren
- 2.2.4 Fluoreszenzmikroskopie des Atemwegsepithels von L3-Larven
- 2.2.5 Statistische Auswertung
- 3 Ergebnisse
- 3.1 Einfluss des JAK/STAT-Signalweges auf die Morphologie des Atemwegsepithels nach geänderter Expression von upd3, hopscotch und dome mit dem ppk4-Promoter
- 3.1.1 Inaktivierung von dome verursacht hohe Letalität der Larven
- 3.1.2 Überexpression von upd3 und hopscotch in den Tracheen resultiert in der Verdickung des Atemwegsepithels
- 3.1.3 Eine veränderte Aktivität der JAK/STAT-Komponenten in den Tracheen führt zu einer Veränderung der Zellstruktur
- 3.1.4 JAK-Inhibitoren haben keinen Einfluss auf die hohe Letalität verursacht durch die dominant-negative Ausprägung in den Tracheen
- 3.2 Einfluss des JAK/STAT-Signalweges auf die Morphologie des Atemwegsepithels nach geänderter Expression von upd3, hopscotch und dome mit dem temperatursensitiven btl-Promoter im L2-Stadium
- 3.2.1 Einfluss der Komponenten des Signalweges auf den Phänotyp der Larven
- 3.2.2 Die im L2 aktivierte Überexpression von upd3 und hopscotch sowie das Stilllegen von dome in den Tracheen löst eine Verdickung des Atemwegsepithels aus
- 3.2.3 JAK-Inhibitoren haben eine positive Wirkung auf den Zuwachs des Atemwegsepithels verursacht durch hopscotch-Überexpression
- 4 Diskussion
- 4.1 Einfluss von gezielter Manipulation des JAK/STAT-Signalweges auf die Morphologie des Atemwegsepithels
- 4.1.1 Manipulation während der Embryonalentwicklung
- 4.1.2 Manipulation im L2-Stadium
- 4.2 Auswirkung von JAK-Inhibitoren auf die Atemwegsmorphologie
- 4.3 Ausblick
- 5 Literatur
- 6 Anhang
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Bachelorarbeit untersucht den Einfluss einer gezielten Manipulation des JAK/STAT-Signalwegs auf die Morphologie des Atemwegsepithels bei Drosophila melanogaster. Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, die Auswirkungen von JAK-Inhibitoren auf das Atemwegsepithel zu analysieren und die Rolle des JAK/STAT-Signalwegs bei der Entwicklung und Regulation des respiratorischen Systems zu beleuchten.
- Analyse des JAK/STAT-Signalwegs in Drosophila melanogaster
- Untersuchung des Einflusses von JAK-Inhibitoren auf die Morphologie des Atemwegsepithels
- Bedeutung des JAK/STAT-Signalwegs für die Entwicklung und Funktion des respiratorischen Systems
- Gezielte Manipulation des JAK/STAT-Signalwegs durch genetische Modifikationen
- Vergleich der Effekte von JAK-Inhibitoren auf das Atemwegsepithel bei verschiedenen Entwicklungsstadien
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 1 bietet eine Einführung in die Thematik der Bachelorarbeit und erläutert die Relevanz von Drosophila melanogaster als Modellorganismus in der biomedizinischen Forschung. Der JAK/STAT-Signalweg wird in seiner Bedeutung für epitheliale Lungenerkrankungen und seine Rolle bei Asthma hervorgehoben. Darüber hinaus wird die Verwendung von JAK-Inhibitoren zur Beeinflussung des JAK/STAT-Signalwegs beleuchtet. Kapitel 2 beschreibt die Materialien und Methoden, die für die Durchführung der Forschungsarbeit verwendet wurden, einschließlich der Fliegenzucht, der Kreuzungen, der Applikation von JAK-Inhibitoren und der Fluoreszenzmikroskopie des Atemwegsepithels von L3-Larven. In Kapitel 3 werden die Ergebnisse der Studie präsentiert. Die Auswirkungen einer gezielten Manipulation des JAK/STAT-Signalwegs auf die Morphologie des Atemwegsepithels werden sowohl bei der geänderten Expression von upd3, hopscotch und dome mit dem ppk4-Promoter als auch mit dem temperatursensitiven btl-Promoter im L2-Stadium untersucht. Kapitel 4 befasst sich mit der Diskussion der Ergebnisse und interpretiert die Bedeutung der gewonnenen Erkenntnisse im Kontext der aktuellen Forschung. Die Ergebnisse werden diskutiert und mögliche zukünftige Forschungsschritte werden aufgezeigt.
Schlüsselwörter
Die Arbeit konzentriert sich auf die Untersuchung des Einflusses einer gezielten Manipulation des JAK/STAT-Signalwegs auf die Morphologie des Atemwegsepithels in Drosophila melanogaster. Die wichtigsten Schlüsselwörter und Themengebiete umfassen den JAK/STAT-Signalweg, die Entwicklung und Regulation des respiratorischen Systems, die Verwendung von JAK-Inhibitoren, genetische Modifikationen, die Morphologie des Atemwegsepithels, die Analyse von L3-Larven und die Bedeutung des JAK/STAT-Signalwegs für die Entwicklung von Asthma und anderen Lungenerkrankungen.
- Quote paper
- Jonatan Krüger (Author), 2018, Der Einfluss einer gezielten Manipulation des JAK/STAT-Signalweges auf die Morphologie des Atemwegsepithels in Drosophila melanogaster, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/937055
