Die Funktion des mit Mikrotubuli assoziierten Proteins Hmmr bei der Vorderhirnentwicklung und im Wnt-Signalweg

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Kerstin Feistel
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414981996

Für die Funktion des Vorderhirns ist dessen Unterteilung in die Vorderhirn-Hemisphären essentiell. Diese Trennung entlang der Mittellinie entsteht kurz nach dem Neuralrohrschluss und wird durch die Boden- bzw. Dachplatte des Neuralrohrs vermittelt. Defekte in der Funktion dieser Signalzentren führen zur Fehlseparierung der Hemisphären, der sog. Holoprosencephalie (HPE). Die morphogenetischen Mechanismen, die der Entstehung von HPE zugrunde liegen, sind weitgehend unverstanden. Wir haben gezeigt, dass der Funktionsverlust von Hmmr, einem mit Mikrotubuli assoziierten Protein, im Frosch Xenopus laevis zu Defekten in der Dachplatte und in der Folge zu HPE führt. Dabei vermittelt hmmr – in Abhängigkeit von Mikrotubuli und in Kooperation mit dem Wnt / PCP-Signalweg – die mesenchymal-epitheliale Transition (MET) neuraler Zellen. Dieser morphogenetische Prozess ist für den anterioren Neuralrohrschluss sowie die Bildung der Dachplatte notwendig. Er geht einher mit einem Umschalten von kanonischer auf nicht-kanonische Wnt-Signalwegsaktivität. Unsere Vorarbeiten zeigen, dass hmmr den kanonischen Wnt-Signalweg hemmt, gleichzeitig aber für den nicht-kanonischen Wnt-Signalweg notwendig ist. Wir stellen daher die Hypothese auf, dass hmmr als Mediator von MET-basierter Morphogenese fungiert, indem es Wnt-Signalwege in Abhängigkeit von Mikrotubuli reguliert.Zur Untersuchung dieser Rolle von hmmr in Xenopus laevis werden Hmmr-Interaktionspartner identifiziert und deren Beteiligung an MET und Neurulation sowie ihre epistatische Beziehung zu hmmr funktionell analysiert. Für MET essentielle, funktionelle Domänen werden per Mutation / Deletion detektiert, so dass z.B. dominant-negativ wirkende Konstrukte im weiteren Verlauf als Werkzeuge für die funktionelle Analyse im Embryo verwendet werden können. Im zweiten Teil des Projekts wird untersucht, auf welche Weise hmmr durch seine Assoziation mit Mikrotubuli den kanonischen vs. nicht-kanonischen Wnt-Signalweg differenziell beeinflusst und MET vermittelt. Die Wirkung auf den kanonischen Signalweg wird durch Luciferase-basierte Reporter sowie das Xenopus-Doppelachsen-Modell analysiert. Um die Kooperation mit nicht-kanonischen Signalwegen zu untersuchen, werden sowohl Aktivität als auch Lokalisation von Signalwegskomponenten in Abhängigkeit von hmmr dokumentiert. Dies liefert die Grundlage dafür, im nächsten Schritt Xenopus laevis als Modell für die Untersuchung morphogenetischer Bewegungen bei der Entstehung von HPE zu etablieren. In vivo Röntgen-Mikrotomographie wird es ermöglichen, den Beitrag tiefergelegener Gewebe zur Bildung der Dachplatte darzustellen. Zudem steht die funktionelle Analyse einer humanen de novo Mutation in HMMR im Vordergrund, die in einem Patienten mit Dachplatten-vermittelter HPE identifiziert wurde. Wir erwarten, eine neue Rolle von hmmr bei der Regulation von Wnt-Signalwegen nachzuweisen und die Bedeutung hmmr-vermittelter morphogenetischer Bewegungen für die Entstehung von HPE zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen