Einführung und Methoden der Entwicklungsbiologie

= ist die Übersetzung und Umwandlung des Genoms in morphologische Merkmale

> dynamischer Prozess (Befruchtung, Furchung, Gastrulation, Larve, Adultes Individuum, Gametogenese)

> Zelldifferenzierung
> Musterbildung
> Morphogenese
> Wachstum
> Reproduktion
> Regeneration
> Umwelteinflüsse
> Evolution

> Beschreibende (Deskreptive) Methoden
> Zellmarkierungsmethoden
> Genexpressionsanalyse
> Ultratrukturuntersuchungen
> Experimentelle Methoden

> Direkte Beobachtung
> 4D-Mikroskopie

> Beobachten und Vergleichen
> Zeichnungen und Beschreibungen

> Ermöglicht Aufnahme von Bildern über Zeit und in drei räumlichen Dimensionen
> oft automatisiert und mit KI-Unterstützung
> erlaubt die detaillierte Verfolgung von Zellbewegungen und -interaktionen

> Farbstoffmarkierungen (z.B. GFP)
> Antikörpermarkierungen: Antikörper binden an bestimmte Proteine einer Zelle und machen sie sichtbar (Immunfärbung)
> In-situ-Hybridisierung: Markierung bestimmter mRNA-Moleküle, um zu sehen, in welchen Zellen ein Gen aktiv ist.

oft Kombiniert mit Lichtscheibenmikroskopie

Zellen können mit Farbstoffen markiert werden, um ihre Herkunft und ihr Schicksal während der Entwicklung zu verfolgen.

> Mikroskopietechnik, die schnelle 3D-Bildgebung von sich entwickelnden Embryonen ermöglicht
> oft in Kombination mit Fluoreszenzmarkierungen

Fluoreszenzproteine: Proteine wie das Green Fluorescent Protein (GFP), ermöglichen die Visualisierung von Zellen und Proteinen in lebenden Organismen

Brainbow: Eine Technik, die durch die Markierung von Neuronen mit unterschiedlichen Fluoreszenzfarben eine detaillierte Untersuchung neuronaler Schaltkreise ermöglicht

> In-situ-Hybridisierung
> Single-cell-Transcriptomics
> Spatial-single-cell-Transcriptomics

> Ermöglicht Lokalisierung spezifischer mRNA-Moleküle in Gewebeschnitten oder Embryonen
> welche Gene zu welchem Zeitpunkt und an welchem Ort exprimiert werden
> Verwendung markierter Sonden, die an die Ziel-mRNA binden

> ermöglicht es die Genexpression in einzelnen Zellen zu analysieren
> erlaubt die Rekonstruktion von Entwicklungstrajektorien (Entwicklungswege von Zellen) und die Identifizierung von Zelltypen und deren Schicksalen.

> Kombiniert Analyse der Genexpression einzelner Zellen mit ihrer räumlichen Lokalisierung im Gewebe
> liefert detailliertes Bild wie Genexpression Muster in der räumlichen Organisation des sich entwickelnden Organismus widerspiegelt

> Elektronenmikroskopie
= Ermöglicht die Untersuchung der feinsten zellulären und subzellulären Strukturen. Dies kann mit anderen Methoden kombiniert werden, um Zellstrukturen und Genexpression auf höchstem Detailniveau zu korrelieren.

> Frühe Experimente (z.B. Wilhelm Roux, Hans Driesch, Theodor Boveri)
> Spemann-Mangold-Organizer
> Mechanische Mikromanipulation
> Molekulare Manipulation

Roux: Untersuchte die Rolle von Zellen durch Entfernung von Zellmaterial aus frühen Embryonen.
Driesch: Zeigte durch die Trennung von Zellen aus frühen Embryonen, dass diese sich zu vollständigen Organismen entwickeln können (totipotente Zellen).
Boveri: Untersuchte die Rolle von Mikromeren bei der Induktion von Strukturen.

> Experimente, die zeigten, dass eine spezifische Region des Embryos (der Spemann-Mangold-Organizer) die Fähigkeit besitzt, die Entwicklung umliegender Zellen zu induzieren und zu steuern.

Experimentelle Technik, bei der einzelne Zellen oder Gewebe eines Embryos mechanisch entfernt, transplantiert, getrennt oder verschoben werden, um ihre Rolle in der Embryonalentwicklung zu erforschen.

oft mit: Mikronadeln, Glaskapillaren oder Pinzetten

> Mutagenese
> Gen-Knock-out und Knock-down Methoden

> Chemische Mutagenese (z.B. EMS): Ethylmethansulfonat wird verwendet, um zufällige Mutationen zu erzeugen.
> Screening-Strategien: Identifizierung von Mutanten mit spezifischen Phänotypen (z.B. Maternaler Effekt, Gap Gene, Paarregel-Gene, Segmentpolaritäts-Gene, Hox-Gene).

> RNA-Interferenz (RNAi)
> Morpholino-Oligonukleotide
> CRISPR-Cas9

> Reduziert Expression eines Gens durch den Abbau der mRNA
> geschieht durch Einführung von doppelsträngiger RNA (dsRNA), die spezifisch für die Ziel-mRNA ist

> kurze künstlich hergestellte Nukleinsäureketten (Morpholinring statt Zucker)
> binden an bestimmte mRNA
> können Translation, Splicing verhindern
> führt zu Knock-down der Genexpression

> Gen-Editierungstechnologie mit der Gene gezielt geschnitten werden können
> Guide RNA leitet Cas9-Enzym zu DNA Sequenz wo es Doppelstrangbruch erzeugt