Zellkommunikation: Filopodien vermitteln Position

8. Januar 2015
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Botenstoffe, die bei der Embryonalentwicklung von Wirbeltieren einzelnen Zellen signalisieren, an welcher Position sie sich befinden, werden über lange Zellfortsätze weitergegeben. Zellbiologische Untersuchungen zeigten, wie sich der Transport auf die Signaleigenschaften auswirkt.

Organismen, Organe und Gewebe sind komplexe dreidimensionale Systeme, die aus Tausenden von Zellen verschiedener Zelltypen bestehen. Bei der embryonalen Entwicklung von Wirbeltieren benötigt jede einzelne Zelle die Information, an welcher Position im Gewebe sie sich befindet. Diese Positionsinformation ermöglicht es der Zelle, sich zu einem bestimmten Zelltyp auszubilden, um dann die korrekte Funktion auszuüben. Vermittelt wird sie über Signalmoleküle, sogenannte Morphogene. Diese kommen im Gewebe nicht gleichmäßig verteilt vor; ihre Konzentration variiert. Verschiedene Konzentrationen aktivieren unterschiedliche Gene in der Zielzelle.

Die Zellen im sich entwickelnden Zentralnervensystem erhalten ihre Positionsinformation über Signalmoleküle, die zur Familie der Wnt-Proteine gehören. Dabei bestimmt die Konzentration der Wnt-Proteine, ob sich eine Zelle in eine Zelle des Vorderhirns oder des Rückenmarks differenziert. „Die Verbreitung dieser Signalmoleküle muss genau kontrolliert werden“, erklärt Dr. Steffen Scholpp, Gruppenleiter am Institut für Toxikologie und Genetik (ITG) des KIT. „Kleinste Veränderungen der Konzentration oder der Transportrichtung können zu schweren Schäden führen, beispielsweise zu massiven Fehlbildungen in der Embryonalentwicklung oder zur Entstehung von Krebs.“

Wnt-Proteine werden über Filopodien weitergegeben

Die Arbeitsgruppe um Dr. Steffen Scholpp hat nun gezeigt, dass die Wnt-Proteine über lange Zellfortsätze, sogenannte Filopodien, zielgerichtet weitergegeben werden. Die Signalfaktoren werden nur auf der Spitze der Filopodien geladen. So können sie nach Kontaktaufnahme sofort signalisieren: Sie binden an die entsprechenden Rezeptoren der Zielzelle und induzieren die korrekte Zellantwort.

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Steuerung der Zelldifferenzierung: Lange, blau markierte Zellfortsätze tragen an ihrer Spitze den rot eingefärbten Botenstoff Wnt. Kontaktstellen färben sich gelb. © Eliana Stanganello und Steffen Scholpp

„Somit kann die Quellzelle genau entscheiden, wie viel Signalstoff welche Zielzelle zu welchem Zeitpunkt bekommt“, erläutert Scholpp. In Untersuchungen an Zebrafischen und an humanen Zelllinien gelang es den KIT-Forschern, die Zellfortsätze zu vermehren oder zu reduzieren und die dadurch veränderten Signaleigenschaften der Wnt-Morphogene zu analysieren.

Originalpublikation:

Filopodia-based Wnt transport during vertebrate tissue patterning
Eliana Stanganello et al.; Nature Communications, doi: 10.1038/ncomms6846; 2015

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