Mechanische Kräfte und deren molekulare Kontrolle während der Epithelfaltung in Drosophila

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Dahmann
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428986026

Die Formänderung von Geweben ist für den Aufbau funktionsfähiger Organe während der Tierentwicklung entscheidend. Eine wesentliche Formänderung von Epithelgeweben ist die Faltung. Sie ist unter anderem während der embryonalen Gastrulation, Neuralrohr-, Augen-, Darm- und Gehirnentwicklung wichtig. Defekte in der Epithelfaltung können zu Erkrankungen des Menschen führen. Die Epithelfaltung kann in zwei Schritte unterteilt werden. Erstens wird die Position im Gewebe, an der sich die Falte bilden wird, durch genetische Netzwerke spezifiziert, an denen oft extrazelluläre Signalmoleküle beteiligt sind. Zweitens, als Reaktion auf extrazelluläre Signalmoleküle ändern die spezifizierten Zellen ihre mechanischen Kräfte. Dies führt zu ihrer Verformung und der anschließenden Gewebefaltung. Wie sich die Signalwege verbinden mit der intrazellulären Maschinerie, die die mechanischen Kräfte verändert, ist nur wenig bekannt. Die Drosophila Flügelscheibe, die Vorstufe des ausgewachsenen Flügels, ist ein einschichtiges Epithel, das als etabliertes Modellsystem zur Untersuchung von Signalwegen und Gewebemorphogenese dient. Während der Larvenstadien bildet die anfangs flache Flügelscheibe drei stereotype Falten. Wir haben bereits gezeigt, dass die Hinge/Pouch-Falte durch einen Anstieg der mechanischen Spannung entlang der seitlichen Zellflächen erzeugt wird. Dieser Anstieg wird durch gepulste Actomyosin-Kontraktionen vermittelt. Außerdem haben wir gezeigt, dass sich die Hinge/Hinge-Falte durch lokale Freisetzung basaler mechanischer Spannung bildet, vermittelt durch eine Abnahme der Dichte der extrazellulären Matrix. Vor Kurzem haben wir die konservierten Wingless- und Hedgehog-Proteine als Upstream-Signale für die Positionierung und Induzierung der Hinge/Hinge-Falte bzw. der Hinge/Pouch-Falte identifiziert. Das Ziel dieses Projektes ist es, nachgelagerte Zielgene dieser beiden Signalwege, welche Actomyosin-Kontraktionen und die Dichte der extrazellulären Matrix steuern, zu identifizieren. Wir haben bereits etabliert, mittels Laser-Capture-Mikrodissektion Zellen speziell aus den Faltenregionen zu entnehmen. Wir werden RNA-Sequenzierungen und bioinformatische Analysen verwenden, um Gene zu identifizieren, die ausschließlich in der Hinge/Hinge- oder Hinge/Pouch-Falte exprimiert werden. Danach werden wir diese Kandidatengene funktionell charakterisieren und testen, ob und wie sie Actomyosin-Kontraktionen oder die extrazelluläre Matrix beeinflussen. In einem ergänzenden Ansatz werden wir ein RNA-Interferenz-Screening mit einem von uns kürzlich eingeführten und getesteten Assay zur Faltenbildung durchführen, um zusätzliche Moleküle zu identifizieren, die an der Faltenbildung beteiligt sind. Wir erwarten, dass dieses Projekt neue Einblicke in die molekularen Zusammenhänge zwischen Signalwegen und nachgelagerten zellulären Prozessen während der epithelialen Morphogenese geben wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen