Kontrolle der epithelialen Zellschichtausbreitung im Zebrafisch

Die Ausbreitung einer epithelialen Zellschicht ist ein Schlüsselprozess in verschiedenen entwicklungsbiologischen und mit Krankheiten verknüpften Vorgängen, wie dem dorsalen Verschluss in Drosophila, der ventralen Einfassung in C.elegans oder der Wundheilung. Jedoch ist bisher nur wenig über die Kraft erzeugenden molekularen und zellulären Mechanismen, die diesem Prozess zugrunde liegen, bekannt. In der Gastrulation des Zebrafisches breitet sich die Enveloping Cell Layer (EVL), eine epitheliale Zellschicht, die sich auf der Oberfläche des animalen Pols der Gastrula bildet, über die gesamte Dotterzelle in einem Prozess, der Epibolie genannt wird, aus. Das Ziel dieses Antrags ist es die Kraft erzeugenden Mechanismen zu untersuchen, die die Epibolie- Bewegungen der EVL steuern. Basierend auf den Ergebnissen vorläufiger Experimente und theoretischer Erwägungen schlagen wir vor, dass ein Aktin-Myosin-Band innerhalb der Yolk Syncytial Layer (YSL), einer dünnen zytoplasmatischen Schicht an der Oberfläche der Dotterzelle, die EVL Epiboly-Bewegungen dadurch lenkt, dass es am Rand der EVL zieht durch Kontraktion sowohl um die Peripherie der Gastrula (Kabel-Kontraktions- Motor), als auch senkrecht dazu entlang der animalen-vegetalen (A-V) Achse des Gastrula (Fluss-Reibungs- Motor). Um diese Annahme zu untersuchen, werden wir (1) analysieren, wie sich das Aktin-Myosin Band innerhalb der YSL dynamisch bildet und strukturell organisiert, um die Zug-Kräfte, die die EVL Epibolie lenken, zu erzeugen; (2) eine theoretische hydrodynamische Beschreibung formulieren, wie die Kontraktion des Aktin- Myosin-Bands innerhalb der YSL die EVL Epibolie-Bewegungen steuert; und (3) funktional die Rolle der Aktin- Myosin-Kontraktion innerhalb der YSL für die EVL Epibolie zu untersuchen. Wir erwarten, dass diese kombinierten experimentellen und theoretischen Ansätze es uns erlauben die wesentlichen Kraft erzeugenden Mechanismen aufzudecken, die der Ausbreitung einer epithelialen Zellschicht in der Entwicklung zugrunde liegen.

In dem vergangenen Antragszeitraum haben wir die Kraft-generierenden Prozesse untersucht, die die Ausbreitung der Enveloping Cell layer (EVL), eines einschichtigen Plattenzell-Epithels, über die Dotterzelle des gastrulierenden Zebrafisch Embryos steuern. Insbesondere konnten wir zeigen, dass eine Ring-förmige Ansammlung von Aktin und Myosin innerhalb der yolk syncytial layer (YSL), einer dünnen Zytoplasma-Schicht auf der Oberfläche der Dotterzelle, Zugkräfte auf den Rand der EVL ausübt und damit die EVL über die Dotterzelle zieht. Der AKtin-Myosin Ring innerhalb der YSL übt diese Zugkräfte auf die EVL mit Hilfe zweier Kraft-generierender Prozesse aus ein Kabel-Kontraktions-Motor, wobei der Aktin-Myosin Ring sich umlaufend zusammenzieht und aufgrund der kugelförmigen Geometrie der Dotterzelle damit Zugkräfte auf den Rand der EVL ausübt; und ein Fluss-Reibungs-Motor, wobei ein rückläufiger Fluss von Aktin und Myosin innerhalb der YSL durch Reibung mit angrenzenden Strukturen der Dotterzelle eine Zugkraft auf den Rand der EVL ausübt. Diese Erkenntnisse geben Einblick in die Kraft-generierenden Prozesse, die der Ausbreitung der EVL unterliegen, und, im allgemeinen, in die Rolle von Aktin-Myosin Ring-förmigen Strukturen in verschiedenen zellbiologischen und Krankheits-relevanten Prozesse, wie der Zellteilung und der Wundheilung.