Erfassung der Dynamik des Notch Signalweges in Echtzeit unter Anwendung modernster Mikroskopie-Techniken.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Notch Signalweg ist grundlegend bei der Bestimmung des Zellschicksals bei der Entwicklung und in der Gewebshomöostase der meisten Organe. Abnormale Notch Signale in Menschen führen zu einer Vielzahl von Krankheiten, unter anderem zu Krebs. Der Signalweg wird aktiviert durch die Liganden-induzierte Rezeptor Proteolyse, wodurch die intrazelluläre Domäne des Rezeptors (NICD) freigesetzt wird und in den Zellkern transloziert. Im Zellkern agiert NICD als Regulator der Notch Zielgen Aktivität. Während meiner Postdoktoranden Arbeit habe ich ein System etabliert, um die Schlüsselereignisse des Notch Signalweges in Echtzeit in lebenden Zellen unter physiologischen Bedingungen zu visualisieren. Mit Hilfe von CRISRP/Cas9 Genomeditierung haben wir Fluoreszenz-Marker an die endogen exprimierten Rezeptoren und Liganden angefügt. Um Liganden- und Rezeptor-exprimierenden Zellen kontrolliert zu verpaaren und die Ereingisse in Echtzeit zu verfolgen, haben wir ein Mikrofluidik System aufgebaut. In dieser Arbeit haben wir definiert, dass nach dem direkten Zell-Zell Kontakt der Sender und Empfänger Zelle, sich die Rezeptoren und Liganden mit einer Stöchiometrie von 1:1 anhäufen und Notch Synapsen bilden. Mit dem hochmodernen Lattice Light-Sheet Mikroskop haben wir die räumliche Dynamik der Synapsen mit hoher Auflösung visualisiert und die Ereignisse des Signalweges in raumzeitliche Reinfolge verknüpft. Wir haben beobachtet, dass sich die Synapsen 15-20 Minuten nach Zell-Zell Kontakt auflösen und der NECD Trans-Endozytose und dem Transport von NICD in den Zellkern vorausgehen. Weiterhin haben wir die Zahl der Moleküle in den Synapsen und die Konzentration von NICD im Zellkern quantifiziert. Diese Arbeit beschreibt mit hoher Auflösung die raumzeitliche Dynamik des Notch Signalwegs und eröffnet neue Wege die Dynamik von Signalwegen und deren Komponenten in Echtzeit zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden in der Zeitschrift Developmental Cell veröffentlicht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
A spatiotemporal Notch interaction map from plasma membrane to nucleus. Science Signaling, 16(796).
Martin, Alexandre P.; Bradshaw, Gary A.; Eisert, Robyn J.; Egan, Emily D.; Tveriakhina, Lena; Rogers, Julia M.; Dates, Andrew N.; Scanavachi, Gustavo; Aster, Jon C.; Kirchhausen, Tom; Kalocsay, Marian & Blacklow, Stephen C.
-
Structural Requirements for Activity of Mind bomb1 in Notch Signaling.
Cao, Ruili; Gozlan, Oren; Tveriakhina, Lena; Zhou, Haixia; Jiang, Hanjie; Cole, Philip A.; Aster, Jon C.; Sprinzak, David & Blacklow, Stephen C.
-
Temporal dynamics and stoichiometry in human Notch signaling from Notch synaptic complex formation to nuclear entry of the Notch intracellular domain. Developmental Cell, 59(11), 1425-1438.e8.
Tveriakhina, Lena; Scanavachi, Gustavo; Egan, Emily D.; Da Cunha Correia, Ricardo Bango; Martin, Alexandre P.; Rogers, Julia M.; Yodh, Jeremy S.; Aster, Jon C.; Kirchhausen, Tom & Blacklow, Stephen C.
