Zytoplasmatische Reorganisation in Oozyten des Zebrafisch

Das Ziel dieses Projekts ist es die molekularen, zellulären and biophysikalischen Mechanismen zu identifizieren, die der Umorganisation des Zytoplasma einer Zellen unterliegen. Dafür werden Zebrafisch Eier (Oozyten) untersucht, da diese für experimentelle Studien bestens geeignet sind. Wohingegen die verschiedenen Komponenten des Zytoplasma einer Zelle, wie der Zellkern, die Organellen und das Zytoskelett, bereits sehr gut charakterisiert wurden, ist bisher vergleichsweise wenig bekannt, wie diese Komponenten ihre Position relativ zueinander über die Zeit hinweg ändern. Solch dynamische Reorganisation des Zytoplasma spielt eine wichtige Rolle in zentralen zellbiologischen Prozessen, wie der Zellwanderung, Zellteilung and Zellpolarisierung. In dem vorliegenden Projekt wird untersucht, wie die Auflösung des germinalen Vesikel der Zellkern einer unreifen Oozyte das Aktin and Mikrotubuli Zytoskelett einer Zebrafisch Oozyte im Stadium IV ihrer Reifung beeinflusst, und wie diese Effekte dazu führen, dass (1) sich das Ooplasma von den Dotterkörnchen entlang der animalen-vegetalen Achse der Oozyte trennt, and (2) sich die kortikalen Körnchen zur Oberfläche der Oozyte verlagern. Dies sind zwei zentrale Prozesse in der Reifung der Oozyte, die für die Befruchtung der Oozyte und der darauffolgenden embryonalen Entwicklung von entscheidender Bedeutung sind. Unsere vorläufigen Daten deuten darauf hin, dass die Bildung von Mikrotubuli Aster und die Fusionierung von Dotterkörnchen die Verlagerung der kortikalen Körnchen veranlasst, wohingegen die Kontraktion und der Fluss des Aktin Netzwerk die Trennung des Ooplasma von den Dotterkörnchen entlang der animalen-vegetalen Achse der Oozyte bewirkt. Um diese Fragestellung zu beantworten, werden wir eine Kombination von biophysikalischen und bildgebenden Techniken mit theoretischen Modellierungen verwenden, um ein mechanistisches and quantitatives Verständnis der wesentlichen Prozesse, die der Umorganisation der Zytoplasma unterliegen, zu erreichen. Wir erwarten, dass die Ergebnisse dieser Studie mechanistische Einblicke in die Prozesse geben, die die Reifung der Oozyte im Zebrafisch steuern, und die generell die Umorganisation der Zytoplasma einer Zelle bewirken. 1

Zellen ordnen ihren inneren Inhalt ständig neu, was für Vorgänge wie Zellteilung oder Zellbewegung unerlässlich ist. Während man weiß, dass das Zellskelett einen Großteil dieser Umgestaltung antreibt, ist viel weniger darüber bekannt, wie Veränderungen in Größe und Position von Zellorganellen diese Prozesse beeinflussen. In dieser Studie haben wir untersucht, wie sich Zebrafisch-Eizellen (Oozyten) auf die Befruchtung vorbereiten. Wir fanden heraus, dass spezielle Bläschen, sogenannte kortikale Granula, während eines wichtigen Reifungsschritts an die Zelloberfläche wandern. Das geschieht durch zwei miteinander verbundene Prozesse: Große Dottergranula verschmelzen und ziehen sich nach innen zusammen, wodurch nach außen gerichtete Strömungen im Zellinneren entstehen. Gleichzeitig bilden sich Mikrotubuli-Strukturen, sogenannte Aster, die sich zur Zelloberfläche bewegen. Wir entdeckten außerdem, dass Bläschen mit dem Protein Rab11 - einem wichtigen Regulator für Transport und Sekretion - gemeinsam mit den kortikalen Granula an der Oberfläche auftauchen. Diese Rab11-haltigen Vesikel werden von den Mikrotubuli-Astern dorthin transportiert. Die Aster entstehen, wenn der Zellzyklusregulator CyclinB/Cdk1 freigesetzt wird, und bewegen sich nach außen, indem sie sich an die aktinreiche Zellrinde heften. Schließlich zeigen wir, dass Rab11 auf den kortikalen Granula vorhanden sein muss, damit diese ihren Inhalt ausschütten können - ein entscheidender Schritt, um die schützende Hülle (Chorion) des Eis anzuheben. Insgesamt zeigen diese Ergebnisse, dass das Verschmelzen von Organellen eng mit dem Zellskelett zusammenarbeitet, um die Eizelle während ihrer Reifung zu organisieren.