Einfluss des Zelltyps auf mechanische Eigenschaften der Zelle: Koordination der Zellbewegungen während der Gastrulation bei Drosophila
Zellbiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zellen müssen während der Entwicklung eines Organismus in vielfältiger Weise ihre Form verändern, um die Gewebe und Organe des Organismus zu bilden. Ein häufig vorkommender Prozess bei der Formgebung in Tieren ist die Faltung von zweidimensionalen Epithelien in dreidimensionale Strukturen. Dies ist besonders gut beim ersten morphogenetischen Schritt der Embryogenese bei Drosophila untersucht, der Bildung der Ventralfurche. Insbesondere kennen wir die Gene und die Mechanismen, die in den Zellen der Ventralfurche eine Kontraktion auslösen, die zur Furchenbildung führt. Es ist aber weniger darüber bekannt, wie die Zellen ausserhalb der Furche an diesem Prozess teilnehmen und ihn dadurch ermöglichen. Wir haben herausgefunden, dass die mechanischen Eigenschaften der verschiedenen Zellpopulationen im Embryo sich unterscheiden, und dass diese Unterschiede eine Auswirkung auf die Bildung der Furche haben. Wir wissen jedoch nicht, was die molekulare und biochemische Grundlage dafür ist. Dies wollten wir mit diesem Projekt herausfinden. Die mechanischen Eigenschaften der Zellen im Embryo werden in erster Linie von den in der Zelle enthaltenen Proteinen bestimmt. Dabei kommt es nicht nur darauf an, ob ein Protein vorhanden ist oder nicht (oder in welcher Menge es vorliegt), sondern auch auf den Aktivierungszustand des Proteins, der selbst wiederum von anderen Proteinen bestimmt wird. Zwei Zellen, die sich einander in jeder Hinsicht gleichen, aber verschiedene mechanische Eigenschaften haben, sollten sich also in den Proteinen unterscheiden, die die mechanischen Eigenschaften bestimmen. Das ist die Annahme, die die Grundlage unseres Projekts bildete. Um solche Proteine zu finden, haben wir jeweils die Gesamtheit der Proteine bestimmt, die in den drei direkt oder indirekt an der Furchenbildung beteiligten Zellpopulationen vorkommen und sie miteinander vergleichen. Ebenfalls haben wir die Aktivierungszustände der Proteine in den Populationen verglichen. Wir haben so mehrere tausend Proteine identifiziert, in denen sich die Zelltypen unterscheiden. Diese Datensammlung, die für alle frei zugänglich gemacht wurde, ist nicht nur für unsere eigenen Forschung sinteressen von Bedeutung, sondern kann auch für andere Fragestellungen eine wertvolle Grundlage bilden. Der nächste Schritt zu unserem eigenen Ziel, dem Verständnis der Grundlagen von Formveränderungen, war die Frage, ob die Unterschiede, die wir gefunden haben, für diesen Prozess relevant sind. Wir fanden unter den Proteinen, die starke Unterschiede zeigten, auch Komponenten von Systemen, die in anderen Situationen (wie Zellteilung) für Zellmechanik verantwortlich sind. Dazu gehört zum Beispiel das Zellskelett. Wir haben eines dieser Systeme, die Mikrotubuli, funktionell untersucht, und gefunden, dass Mikrotubuli tatsächlich in den drei Zelltypen unterschiedliche Rollen für die Formgebung spielen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Differential regulation of the proteome and phosphoproteome along the dorso-ventral axis of the early Drosophila embryo. eLife, 13.
Gomez, Juan Manuel; Nolte, Hendrik; Vogelsang, Elisabeth; Dey, Bipasha; Takeda, Michiko; Giudice, Girolamo; Faxel, Miriam; Haunold, Theresa; Cepraga, Alina; Zinzen, Robert P.; Krüger, Marcus; Petsalaki, Evangelia; Wang, Yu-Chiun & Leptin, Maria
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Highly dynamic mechanical transitions in embryonic cell populations during Drosophila gastrulation.
Gomez, Juan Manuel; Bevilacqua, Carlo; Thayambath, Abhisha; Leptin, Maria; Belmonte, Julio M. & Prevedel, Robert
