Zellkortex und Keimblattbildung in Zebrafisch Gastrulation

Unterschiede in der Gewebeoberflächenspannung beeinflussen die Bildung der Keimblätter in der Zebrafisch Gastrulation (Schötz et al., 2008). Wir haben im Vorfeld zeigen können, dass unterschiedliche Aktin- und Myosin- vermittelte Spannung des Zellkortex eine wichtige Rolle in der Bildung der unterschiedlichen Oberflächenspannung der verschiedenen Keimblattgewebe spielt, und damit auch der Keimblatt-Vorläuferzellentmischung und Keimblattbildung beeinflusst (Krieg et al., 2008). Jedoch sind die molekularen und zellulären Mechanismen, durch die die Kortexspannung in den verschiedenen Vorläuferzelltypen während der Zellaggregation reguliert wird, und der spezifische Beitrag von Kortexspannung zur Gewebeoberflächenspannung und letztendlich damit der Keimblattbildung, bisher nicht verstanden. Durch eine Kombination von zellbiologischen, genetischen und biophysikalischen Experimenten werden wir untersuchen, wie verschiedene Komponenten des Zytoskeletts und des Adhäsionsapparats die Zellkortexspannung von Vorläuferzellen regulieren, wie die Kortexspannung während der Zell-Zell-Kontaktbildung moduliert wird, und wie die Kontaktbildung die Stärke der Zell-Zell Kontakte und Oberflächenspannung der Keimblätter beeinflusst. Wir erwarten, dass diese experimentellen Ansätze neue Einsichten in die molekularen und zellulären Mechanismen geben, durch die die Zellkortexspannung die Keimblattbildung in der Gastrulation steuert.

In diesem Projekt haben wir die Rolle des Zellkortex in der Sortierung und Wanderung verschiedener Keimblattvorläuferzellen und der Keimblattbildung untersucht. Um diese Prozesse zu analysieren haben wir einen interdisziplinären Ansatz verfolgt und dabei Techniken und Methoden aus der Entwicklungsbiologie, Zellbiologie und Biophysik verwendet. Darüber hinaus haben wir auch mit Physikern zusammengearbeitet um mathematische Modelle der untersuchten Prozesse zu entwickeln. Die Resultate unserer Arbeit haben neuartige Einblicke in die Rolle, die das Zytoskelett für die Zellsortierung und Zellwanderung spielt, gegeben. Insbesondere konnten wir zeigen, dass die Zellsortierung durch Unterschiede in der Fähigkeit der sich sortierenden Zellen ihr Zytoskelett an Zell-Zell Kontakten zu modifizieren, bestimmt wird (Maitre et al., Science, 2012). Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass eine Hochregulation der Zellkontraktilität dazu führt, dass sich Zellen im frühen Embryo in extrem schnell und gerichtet wandernde Zellen, die wir stable-bleb cells genannt haben, verwandeln können (Ruprecht at al., Cell, 2015). Diese Ergebnisse deuten auf eine kritische Rolle des Zytokeletts, und insbesondere des Aktin-Myosin Zellkortex, in der Fähigkeit von Zellen sich zu sortieren und zu wandern, hin.