Molluskenevolutionsforschung durch Einzelzellsequenzierungen

Wie haben sich die Körperbaupläne der Organismen entwickelt? Wie der letzte gemeinsame Vorfahre aller bilateral symmetrischen Tiere (Bilateria) ausgesehen haben könnte, wird immer noch kontrovers diskutiert, auch deshalb, weil die Verwandtschaftsbeziehungen, ins besondere innerhalb der Lophotrochozoen noch ungeklärt sind. Letztere bilden eine von drei Bilateriagruppen, die z.B. Weichtiere (z.B. Schnecken und Tintenfische) und Anneliden (z.B. Ringelwürmer) umfasst, die aber keine Modelorganismen beinhaltet. Die einzige Ausnahme bildet der Annelid Platynereis dumerilii, der nach neuesten Erkenntnissen bestimmte neuronale Zelltypen gemeinsamen evolutionären Ursprungs mit Wirbeltieren besitzt. In diesem Projekt werden evolutionär konservierte Zelltypen von Weichtieren, der größten und formenreichsten Gruppe der Lophotrochozoen, identifiziert. Unter den Weichtieren weisen Käferschnecken ursprüngliche Merkmalen von Lophotrochozoen (Trochophoralarve), Mollusken (Schale und Fuss), als auch eigene Merkmale auf (8 Schalenfelder sekretieren 8 Schalenplatten). Käferschnecken besitzen das am wenigst zentralisierte Nervensystem unter den Weichtieren mit Markstrangcharakter. Folgende Fragestellungen liegen diesem Projekt zugrunde: (I) Was ist der evolutionäre Ursprung der Schalenfelder von Weichtieren? (II) Besaß der letzte gemeinsame Vorfahre aller Bilateria ein komplexes Nervensystem? Um diesen Fragen auf den Grund zu gehen, wird Tim Wollesen die Gen-expressionsprofile und Anatomie von verschiedenen Zelltypen in den Schalenfeldern und im Nervensystem der Käferschnecke untersuchen. Ein zellulärer Expressionsatlas der Trochophoralarve der Käferschneckenart Acanthochitona crinita wird erstellt werden und danach werden die Zelltypen der Käferschneckenlarve mit denen des Anneliden P. dumerilii und einiger Wirbeltiere verglichen werden. Ein zellulärer Expressionsatlas ermöglicht willkürlich gesammelte Zellen einer dissozierten Larve einzeln zu sequenzieren und den Ort des Ursprungs dieser Zellen ausfindig zu machen. Dies resultiert in einem 3D Model einer Larve, das Informationen auf der Einzelzellebene über die Genexpressionsprofile und Anatomie aller Zellen erhält. Falls einzelne Zellen bereits im gemeinsamen Vorfahren von Weichtieren, Anneliden und Wirbeltieren vorhanden waren, dann würde man wahrscheinlich ähnliche Kombinationen von Genen in diesen Zellen erwarten und möglicherweise eine ähnliche Anatomie. Dieses Projekt ist in seiner Art einzigartig, da es zum ersten Mal einen detaillierten Vergleich von Zelltypen und Organsystem zwischen näher verwandten Bilateriern erlaubt, was einen tieferen Einblick in die Evolution von charakteristischen Merkmalen erlaubt. Tim Wollesen hat sich auf ein Schrödinger Stipendium bei Detlev Arendt am European Molecular Biology Laboratory in Heidelberg für zwei Jahre beworben. Danach wird er wieder nach Wien zurückkehren in das Labor von Andreas Wanninger für eine Projektverlängerung.