Funktionelle Charakterisierung neuer molekularer Faktoren bei der Bildung und Erhaltung des Hydra-Kopforganisators

• Antragsteller: Professor Dr. Suat Özbek
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Biochemie ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278882202

Der Organisator hat eine entscheidende Rolle bei der Etablierung der Körperachsen während der Entwicklung des Wirbeltierembryos. Verschiedene Morphogene, die vom Spemann-Mangold-Organisator erzeugt und sezerniert werden, regulieren diesen Prozess durch Bildung diskreter Gradienten von aktivierenden oder repressiven Faktoren. Bei Hydra fungiert der hypostomale Kopforganisator als Signalzentrum, das die primäre Körperachse im adulten Polypen erhält und während der Regeneration und Knospung induziert. Faktoren der Wnt-Proteinfamilie dienen hierbei als primäre Signale zur Steuerung dieses Prozesses. Als allgemein akzeptierte Annahme gilt ein vom Kopforganisator ausgehender beta-Catenin-Aktivitätsgradient, der durch die Bereitstellung von Positionsinformationen für die Musterbildung der Körpersäule verantwortlich ist. Gemäß der Gierer-Meinhardt-Theorie der de novo-Musterbildung ist die Interaktion eines löslichen langreichweitigen Inhibitors mit einem autokatalytischen Aktivierungszentrum entscheidend für die Aufrechterhaltung dieses Gradienten. Eine autokatalytische Rückkopplungsschleife auf Basis von TCF-Bindungsstellen in seiner Promotor-Region wurde für Hydra Wnt3, das als frühester Wnt-Ligand in einer Kaskade von Wnt-Signalaktivität während Organisatorbildung aktiv wird, bereits demonstriert. Obwohl mehrere Kandidaten, wie z.B. Hydra Dkk1/2/4, als mögliche Antagonisten diskutiert werden, gibt es kein vollständiges Bild der molekularen Akteure in dem vorgeschlagenen Aktivator-Inhibitor-System bei Hydra. In dem vorliegenden Antrag soll ein neuer Faktor, der eine entscheidende Rolle in diesem Prozess spielen könnte, funktionell analysiert werden. Eine Metalloproteinase der Astazin-Familie, Hydra NAS-15-like, wurde mittels eines Screens für Hydra Wnt3-prozessierende Faktoren identifiziert. Die Expression von NAS-15-like ist beta-Catenin-abhängig und bildet im adulten Polypen einen Gradienten, der dem angenommenen beta-Catenin-Gradienten entlang der Körperachse von Hydra entspricht. Hydra NAS-15-like könnte demnach in Abhängigkeit von beta-Catenin als negativer Feedback-Regulator fungieren, der die Wnt-Aktivität auf Proteinebene auf die Region des Kopforganisators begrenzt. Hauptziele des Antrags sind die Klärung der Substratspezifizität von Nas-15-like und der Einfluss der Protease auf die Wnt-Signalaktivität sowie die Musterbildung. Zusätzlich sollen mittels eines cDNA-Screens Faktoren identifiziert werden, die positiven Einfluss auf die Proteinstabilität von Wnt-Liganden in der Körperachse von Hydra haben und somit für den long-range-Signalweg verantwortlich sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen