TY - THES T1 - Goosecoid und Calponin : zwei neue Regulatoren des PCP-Signalwegs A1 - Ulmer,Bärbel Maria Y1 - 2012/10/11 N2 - Bei der Embryonalentwicklung von Wirbeltieren spielen insbesondere morphogenetische Umgestaltungen wie Zellmigration oder konvergente Extension (CE), bei der sich ein Gewebe streckt, eine wichtige Rolle. Der planare Zellpolaritäts-Signalweg (PCP; ?planar cell polarity?), ein nicht-kanonischer Wnt-Signalweg, gewährleistet die intrazelluläre Polarität der Zellen entlang der Embryonalachsen. Dieser führt über die polarisierte Lokalisierung von Proteinen wie Dishevelled, Vangl2 und Prickle an die Zellmembran zur Aktivierung von kleinen GTPasen wie Rho und Rac und damit zur Ausrichtung des Zytoskeletts. Diese Polarität der Zellen wird für CE, bei der bipolare Zellen interkalieren, während der Gastrulation und während der Neurulation benötigt. CE führt dabei zur Elongation der Chorda und der Neuralplatte, was den Neuralrohrschluss ermöglicht. In Vorarbeiten wurde beschrieben, dass die dorsale Überexpression des Transkriptionsfaktors Goosecoid (Gsc) in der Maus und im Frosch zu Neuralrohrschlussdefekten führt. In der vorliegenden Arbeit wurde durch Funktionsgewinnexperimente in vivo und ex vivo eine Inhibition konvergenter Extension durch Gsc gezeigt. Der Funktionsgewinn von Gsc verhinderte die Membranlokalisierung von Dishevelled in animalen Polkappenexplantaten, was eine Störung des PCP-Signalwegs anzeigt. Gsc-induzierte Fehlbildungen konnten durch Co-Injektion von Kernkomponenten des PCP-Signalwegs wie Vangl2 oder Prickle kompensiert werden. Auch die Überexpression der kleinen GTPase RhoA und des Liganden Wnt11 verhinderte den Effekt des Gsc-Funktionsgewinns. Brachyury, ein transkriptioneller Aktivator von Wnt11 und bekanntes Zielgen von Gsc, konnte die Wirkung von Gsc ebenso partiell umkehren. Diese Experimente legten eine neue Rolle von Gsc als Repressor PCP-induzierter CE nahe. Durch Funktionsverlustexperimente wurde im Frosch die endogene Funktion von Gsc untersucht. Aufgrund der konservierten und lokalisierten Expression von Gsc im Spemann-Organisator und der Induktion von Doppelachsen war eine Funktion von Gsc bei der Spezifizierung dorsaler Gewebe vorhergesagt worden. Die fehlenden Defekte in der Gsc Knock-out Maus standen allerdings dazu im Widerspruch. Die hier beschriebene Repression des PCP-Signalwegs durch Gsc deutete auf eine Funktion bei der Regulierung von Zellbewegungen hin. Dazu passt die Expression von Gsc in den Zellen des frühen Organisators, die während der Gastrulation zuerst einwandern und das prächordale Mesoderm bilden. In den nachfolgenden Zellen der Chorda findet dagegen CE statt. Gsc-Funktionsverlust reduzierte die Prächordalplatte und, als Konsequenz daraus, den Augenabstand. Die Activin-induzierte CE in animalen Polkappenexplantaten wurde durch Gsc-Funktionsverlust zusätzlich verstärkt. Damit konnte gezeigt werden, dass das Organisatorgen Gsc durch Repression des PCP-Signalwegs Zellbewegungen während der frühen Gastrulation reguliert. PCP steuert neben CE auch die gerichtete Wanderung von Neuralleistenzellen. Vorarbeiten zeigten eine Expression von Calponin2 in Neuralleistenzellen. Auch wurde eine Inhibition von Calponin1 durch die Rho-Kinase beschrieben. Ein Myc-Fusionskonstrukt des Aktin-Bindeproteins Calponin2 war in Xenopus in Zellfortsätzen und migrierenden Neuralleistenzellen lokalisiert. Der Funktionsverlust von Calponin2 verhinderte die gerichtete Bildung von Zellfortsätzen in Neuralleistenzellexplantaten und damit die Wanderung der Neuralleistenzellen. Dabei bildeten sich zusätzliche Stressfasern im zentralen Zellbereich auf Kosten des peripheren Aktin-Zytoskeletts. Der PCP-Signalweg aktiviert auf der der Wanderungsrichtung entgegengesetzten Seite RhoA und inhibiert Rac, was zur gerichteten Wanderung der Neuralleistenzellen führt. Dies implizierte eine Interaktion des PCP-Signalwegs und Calponin2 bei der Neuralleistenzellmigration, die durch Epistasisexperimente in vivo und in Neuralleistenzellexplantaten untersucht wurde. Der Funktionsverlust von Calponin2 konnte dabei den Funktionsverlust von nicht-kanonischem Wnt oder der Rho-Kinase retten. Damit gewährleistet das Aktinbindeprotein Calponin2 als Effektor des PCP-Signalwegs die Polarisierung des Aktin-Zytoskeletts in migrierenden Neuralleistenzellen. Zusammenfassend wurden in der vorliegenden Arbeit mit Calponin2 und Gsc zwei neue Regulatoren von PCP und Zellwanderung beschrieben. Daraus ergeben sich neue Ansätze zur Untersuchung der transkriptionellen Kontrolle des Zellwanderungsverhaltens (Gsc) und der nachgeschalteten Modulation des Zytoskeletts (Calponin2). KW - Embryologie KW - Entwicklungsbiologie KW - Krallenfrosch KW - Maus KW - Organisator KW - Gastrulation CY - Hohenheim PB - Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim AD - Garbenstr. 15, 70593 Stuttgart UR - http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2012/764 ER -