34.3.2.8 Die Regulation der atonal-Expression beim Übergang von der Musteranlage zur Musterbildung

In den synchronisierten Zellen vor der Furche wird durch das Hedgehog-Signal die Expression von atonal induziert. Somit haben diese Zellen die Kompetenz, sich zu R8-Zellen zu differenzieren. Die Selektion der letztlich aus diesem kompetenten Feld von Zellen hervorgehenden R8-Vorläufer wird durch die sequenzielle Reduktion der atonal-Expression durch laterale Inhibition gewährleistet. Die Regulation der atonal-Expression ist also von zentraler Bedeutung für diesen Vorgang (Abb. 34-26).

Die Musteranlage ist die Phase, in der alle Zellen unmittelbar vor der Furche atonal exprimieren. Die Expression wird durch Hedgehog induziert. Interessanterweise ist die atonal-Expression noch nicht durch Notch inhibierbar. Darüber hinausgehend wurde gezeigt, daß Delta und Notch in dieser Phase nicht nur keinen inhibitorischen Effekt haben, sondern daß ihre Aktivität sogar notwendig ist, um die korrekte atonal-Expression zu gewährleisten! Diese quasi proneurale Funktion von Notch und Delta in dieser Phase ist, ausgehend von der klassischen Einteilung in proneurale und neurogene Gene, sehr überraschend. Sie zeigt, daß die funktionelle Klassifizierung von Proteinen kontextabhängig ist.

Die Intermediärphase umfaßt die Reduktion der atonal-Expression und somit der neuronalen Kompetenz auf einzelne Zellcluster, die durch Zellen getrennt sind, die die atonal-Expression bereits eingestellt haben. atonal wird nur noch von ca. 50% der Zellen exprimiert. Anschließend wird in diesen Zellclustern die atonal-Expression auf nur jeweils eine einzige Zelle reduziert, die R8-Vorläuferzelle. In dieser Phase ändert sich nun die Regulation der atonal-Expression. Sie wird nun durch Atonal (Ato) selbst aufrechterhalten, wird also autoregulatorisch und somit unabhängig von Hedgehog. Erst in dieser Phase wird die atonal-Expression durch die Produkte der neurogenen Gene reprimierbar. Weiterhin induziert Atonal noch ein zusätzliches Gen, scabrous (sca), welches im folgenden eine entscheidende Rolle spielt. Somit exprimieren in der Intermediärphase alle Zellen, die Atonal enthalten, ebenfalls sca.

Die Phase der Musterbildung ist erreicht, wenn die Selektion der R8-Vorläufer abgeschlossen ist. Jetzt muß man zwischen den R8-Vorläuferzellen und allen anderen Zellen unterscheiden:

Nachdem R8-Vorläufer die Selektion "überstanden“ haben, differenzieren sie sich zu R8-Zellen. Für eine gewisse Zeit exprimieren sie weiterhin atonal, bis das Differenzierungsprogramm ein Stadium erreicht hat, wo Atonal nicht mehr benötigt wird. Dann wird die Expression eingestellt, die weiteren Differenzierungsschritte sind atonal-unabhängig.

Durch die Aktivität des Notch-Signals wird in allen Nicht-R8-Zellen die atonal-Expression eingestellt. Da Atonal in dieser Phase immer noch autoregulatorisch wirkt, kann die Expression nicht mehr induziert werden, sobald kein Ato-Protein mehr vorhanden ist. Somit ist eine weitere Inhibition durch Notch nicht mehr notwendig.