Quantitative Beobachtung dynamischer Prozesse im frühen C. elegans Embryo

Titelangaben

Struntz, Philipp:
Quantitative Beobachtung dynamischer Prozesse im frühen C. elegans Embryo.
Bayreuth , 2018 . - 218 S.
( Dissertation, 2018 , Universität Bayreuth, Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik)

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Abstract

Die vorliegende Arbeit behandelt die Untersuchung entwicklungsbiologischer Prozesse mithilfe moderner Lichtmikroskopietechniken. Der Fokus liegt hierbei auf der Embryogenese des Fadenwurms Caenorhabditis elegans. Hierfür wird ein bereits vorhandener Aufbau eines Lichtblattmikroskops weiterentwickelt, charakterisiert und zur Durchführung schonender dreidimensionaler Langzeitaufnahmen der frühen Embryogenese eingesetzt. Die aus den so ermöglichten Aufnahmen resultierenden Ergebnisse einer weiteren Promotionsarbeit werden kurz vorgestellt. Eine Erweiterung des Aufbaus zur Durchführung von Diffusionsmessungen ermöglicht den Vergleich von drei unterschiedlichen Messtechniken (SPIM-FCS, SPT, DDM) an Eichproben. Darauf aufbauend erfolgt eine räumliche und zeitliche Quantifizierung der Proteindiffusion in lebenden Embryonen. Nach ersten erfolgreichen Messungen an einem peripheren Membranprotein im Zytoplasma und auf der Zellmembran des Embryos wird die Entwicklung eines für die Embryonalentwicklung kritischen räumlichen Proteindiffusionsgradienten verfolgt.
In einem anschließenden Teil der Arbeit wird die Entwicklung, die Konstruktion und die Charakterisierung eines zweiten Aufbaus zur Durchführung von höchstaufgelösten Mikroskopieaufnahmen sowie von Bleich- und Ablationsexperimenten vorgestellt. Neben der Auflösungsverbesserung mikroskopischer Aufnahmen wird hierdurch sowohl die Quantifizierung von Diffusions- und Bindungsprozessen als auch eine minimalinvasive Möglichkeit zur gezielten Probenmanipulation ermöglicht. Somit können neue Fragestellungen und relevante Schlüsselprozesse während der Embryonalentwicklung untersucht werden. Die Methoden werden an Kulturzellen und Wurmembryonen getestet und erste Ergebnisse vorgestellt.

Abstract in weiterer Sprache

The topic of this thesis is the study of developmental biological processes using modern light microscopy techniques. The focus is on the embryogenesis of the nematode Caenorhabditis elegans. For this purpose, an already existing setup is refined, characterized and used for gentle three-dimensional long-term imaging of the early embryogenesis. The results of another thesis, which were made possible by these acquisitions, are briefly presented. An extension of the setup to perform diffusion measurements enables a comparison of three different measurement techniques (SPIM-FCS, SPT, DDM) using calibration samples. Based on these first results, a subsequent spatial and temporal quantification of protein diffusion in living embryos is performed. After first successful measurements on a peripheral membrane protein in the cytoplasm and on the membrane of the embryo, the development of a spatial diffusion gradient of a protein, which is critcal for the embryonic development, is examined.
In a subsequent part of this thesis the development, construction and characterization of a second setup for super-resolution microscopy as well as bleaching and ablation measurements is presented. In addition to the gain of resolution these techniques facilitate both the quantification of diffusion and binding processes and a minimally invasive method for specific sample manipulations. As a result of this, new issues and relevant key processes in the embryonic development can be explored. The methods are tested on culture cells and worm embryos and first results are presented.