Verbreitung des Wnt/beta-Catenin Signals durch Cdc42 induzierte Filiopodien in der Neuralplatte des Zebrafischs

• Antragsteller: Professor Dr. Steffen Scholpp
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248775546

Für Prozesse während der Entwicklung, wie z. B. die Musterbildung in der Neuralplatte, aber auch für die Gewebsregeneration und die Kontrolle des Stammzellverhaltens ist die Kommunikation zwischen benachbarten Zellen essentiell. Der Wnt/β-Catenin Signalweg ist einer der wichtigsten parakrinen Signalwege und beeinflusst all die oben genannten Prozesse (Logan and Nusse, 2004, Angers and Moon, 2009, Clevers and Nusse, 2012). Nach der Synthese, der post-translationalen Modifizierung und der Sezernierung von Wnt Signalmolekülen binden diese an spezifische, membranständige Rezeptoren, um die Transkription in benachbarten Zellen zu beeinflussen. In dem schnell wachsenden Forschungsfeld, welches sich mit der Biologie des Wnt Signalweges beschäftigt, gibt es eine zentrale Frage die immer noch nicht geklärt werden konnte.Wie werden diese stark lipophilen Wnt Moleküle durch das wässrige Milieu der extrazellulären Matrix transportiert und welche Mechanismen bestimmen die Bildung eines Wnt- Konzentrationsgradienten in Geweben wie z.B. der Neuralplatte in Wirbeltieren?Verschiedenste Transportmechanismen wie Diffusion, Transzytose und ein Transport über Zellfortsätze werden für die Verbreitung von Wnt Molekülen im Gewebe diskutiert (Port and Basler, 2010). Besonders die Tatsache das Wnt Moleküle einen stark lipophilen Charakter aufweisen schränkt die möglichen Transportmechanismen ein. Vor kurzem wurden einige essentiell wichtige Komponenten für die Ausschüttung von Wnt in Drosophila identifiziert. Allerdings ist diesbezüglich unser Wissen in Wirbeltieren noch unvollständig. Während der hochauflösenden, mikroskopischen Analyse unseres Zell-Kommunikationschips (Efremov et al., 2013) stellten wir fest, dass Zellen Kontakte über Filopodien etablieren an deren Spitzen Wnt8 Moleküle konzentriert sind. Nach der Kontaktaufnahme rufen diese Wnt8 positiven Filopodien innerhalb von Minuten eine spezifische Reaktion in der benachbarten Zelle hervor. Wir konnten die Bildung von sog. Signalosomen beobachten, welche den Initialschritt der Aktivierung der Signalkaskade darstellt. Erste Daten deuten hierbei auf eine wichtige Funktion von Cdc42 hin, welches für die Bildung und Erhaltung von Wnt positiven Zellfortsätzen wichtig ist. Eine Blockade der Cdc42 Funktion führt deshalb auch zu einer drastischen Reduzierung der Aktivierung der Wnt Signalkaskade, während die verstärkte Aktivierung von Cdc42 auch eine stärkere Aktivierung des Signalweges zur Folge hat. Vorläufige Daten sprechen dafür, dass exakt diese, auf Cdc42 basierende Verbreitung von Wnt Molekülen einen erheblichen Einfluss auf die Musterbildung in der Neuralplatte von Vertebraten haben könnte. In diesem Projekt werden wir den neuen, auf Filopodien basierenden Verbreitungsmechanismus von Wnt Molekülen im Detail analysieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen