Mechanismus folgt Form

Zellkerne positionieren sich je nach Gewebeform über unterschiedliche Mechanismen.

Künstlerische Montage verschiedener Zellen, die zeigen, wie sich die Kerne auf die apikale Seite des retinalen Neuroepithels eines Zebrafisches bewegen. Die Kerne sind grau dargestellt, die Zellkontur cyan. Copyright: Iskra Yanakieva / MPI-CBG

Die richtige Position von Zellkernen ist entscheidend für die Funktion von Zellen und die Entwicklung von Geweben. Von pseudostratifiziertes Epithelien (PSE) – einem Gewebe, das aus dicht zusammen gedrängten länglichen Zellen besteht und als Vorläufer vieler Organe wie Darm, Leber, Lunge und Gehirn dient – ist bekannt, dass sich die Kerne vor der Zellteilung zur apikalen Seite des Epithels hinbewegen müssen. Ansonsten entwickelt sich das Gewebe nicht richtig. Die molekularen Mechanismen der dieser Bewegung sind jedoch noch nicht vollständig bekannt.

Caren Nordens Forschungsgruppe am MPI-CBG untersuchte gemeinsam mit der Forschungsgruppe von Carl Modes am Zentrum für Systembiologie Dresden (CSBD) die PSE des sich entwickelnden Zebrafisches, um die Positionierung von Zellkernen mechanistisch zu verstehen. Die Wissenschaftler verglichen zwei unterschiedlich geformte Neuroepithelien. Dieser Ansatz in Kombination mit hochauflösender Lichtmikroskopie ermöglichte die Entdeckung der molekularen Mechanismen und zeigte das die Gewebearchitektur diesem zellulären Prozess beeinflusst. Das Team fand heraus, dass je nach Form des Gewebes verschiedene Aktin – ein wichtiges Element des Zytoskeletts – abhängige Mechanismen die Kerne in apikale Positionen bringen. Caren Nordens Team entdeckte einen neuartigen Push-Mechanismus, der Kerne innerhalb des halbkugelförmigen Neuroepithels der Zebrafisch-Retina bewegt. Diese Entdeckung wurde durch ein theoretisches Modell von Carl Modes aus dem benachbarten CSBD untermauert, das zeigte, dass Pushing in der Tat genug Kraft erzeugen kann, um Zellkerne zu bewegen. Interessanterweise ist in kubusförmigen Neuroepithelien des Hinterhirns ein zusammenziehender Mechanismus verantwortlich für die Kernbewegung.  Dies zeigt, das zelluläre Prozesse von der Form des Gewebes beeinflusst werden können.

Forschung an Zellbiologie in vivo ist ein wichtiger Schritt, um zu verstehen, wie Zellen Gewebe bilden. Nun muss man weiter untersuchen, wie Form intrazelluläre Prozesse in anderen Geweben und Organismen beeinflussen kann. Dafür ist eine Kombination aus in vivo Ansätzen, 3D-Kultur und möglicherweise Organoiden ein guter Ansatz. Dies hilft auch die Grenzen zwischen Zell- und Entwicklungsbiologie zu überwinden und interdisziplinäre Antworten zu finden. Um ein Phänomen vollständig zu verstehen, ist es außerdem wichtig, die experimentelle Erkenntnis durch die physikalische Theorie zu untermauern.

Originalpublikation

Iskra Yanakieva, Anna Erzberger, Marija Matejčić, Carl D. Modes, Caren Norden: Cell and tissue morphology determine actin-dependent nuclear migration mechanisms in neuroepithelia.
The Journal of Cell Biology Aug 2019, jcb.201901077; DOI: 10.1083/jcb.201901077