Mesodermzellmigration in der Drosophila Gastrula: Von Einzelzellverhalten zur kollektiven Zellbewegung

• Antragsteller: Professor Dr. Arno H.J. Müller
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 543398978

In der Frühentwicklung der meisten mehrzelligen Tiere werden die Körperachsen durch Signalmoleküle auf transkriptioneller und post-transkriptioneller Ebene festgelegt, und leiten damit die Gestaltbildung von Geweben durch morphogenetische Prozesse ein. Die Übertragung von Informationen der Transkriptionsmuster in koordinierte Gewebebewegungen beruht auf der Rückkopplung zwischen mechanischen Interaktionen und Signalmolekülen, die die Zytoskelett- und Adhäsionsaktivitäten der Zellen steuern. Mit Hilfe dieses Förderantrags soll untersucht werden, auf welche Weise die Signalübertragung durch Fibroblasten-Wachstumsfaktoren (FGF) die kollektiven Bewegungen von Mesodermzellen während der Gastrulation im Drosophila Embryo steuern. Bisherige Studien konnten den Prozess und die dafür notwendigen genetischen Voraussetzungen nur in ausgewählten Bereichen des Embryos untersuchen, was nicht der Tatsache Rechnung trägt, dass die Zellen innerhalb der Drosophila Gastrula weitgehend mechanisch und chemisch gekoppelt sind. Frühere Studien befassten sich beispielsweise nicht mit der Koordination der Bewegungen des Ektoderms mit der kollektiven Bewegung der Mesodermzellen. Um diese Fragen zu adressieren, wenden wir die eigens dafür gestaltete Bildgebungsplattform MT-SPIM (Multi-View Tiling Single Plane Illumination Microscopy) an, welche die Bildgebung gesamter Drosophila-Embryonen mit hoher Auflösung unterstützt und Rohdaten für die quantitative Analyse der kollektiven Bewegungen der Mesodermzellen liefert. In früheren Studien konnten wir zeigen, dass die Interaktion der Mesodermzellen mit dem darunter liegenden Ektoderm eine entscheidende Rolle in der Signalgebung und Steuerung der Bewegungen der Mesodermzellen spielt. In dem hier vorliegenden Projekt möchten wir unsere MT-SPIM verwenden um die Bewegungen und Zellformveränderungen aller Mesodermzellen und Ektodermzellen und deren Interaktionen auf Zell- und Gewebeebene zu untersuchen. Wir werden die Funktion zweier eng verwandter FGF-Liganden, die vom Ektoderm sezerniert werden, mithilfe funktioneller Genom-Editierung untersuchen. Wir werden die Regulation der E-Cadherin-vermittelten Zelladhäsion und die Dynamik von Zellfortsätzen an der Grenzfläche zwischen dem Ektoderm und dem Mesoderm untersuchen. Basierend auf unseren Studien zur Beteiligung der kleinen GTPasen Cdc42 und Rac1 planen wir den Rac1-Effektor und Aktin-Regulator Twinstar (Drosophila Cofilin) und die aktivierte Cdc42-Kinase (Ack)-like zu untersuchen. Die Auswirkung genetischer Manipulationen wird neben MT-SPIM, auch mittels morphometrischer Methoden gemessen werden. Damit lässt sich der Einfluss der Ektoderm-Mesoderm Interaktion auf die dynamischen Zellformveränderungen der Mesodermzellen ermitteln. Wir erwarten, dass die Ergebnisse dieses Projekts eine quantitative Funktionsanalyse der FGF-Liganden und ihrer Signalwirkungen im Kontext der damit verbundenen Zellbewegungen und Zellformlandschaften liefern werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen