Muster in der Wanderung von Urkeimzellen

Urkeimzellen

Ein Team aus Biologen und Mathematikern der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) untersuchten, wie sich Urkeimzellen – Geschlechtszellen, die in ihrer Fortbewegungsart auch als Modell für andere wandernde Zellarten wie Krebszellen dienen können – unbeeinflusst von einem richtungsweisenden Lockstoff in Zebrafischembryonen verhalten.

Sie entwickelten eine Software, die es ermöglicht, dreidimensionale Mikroskopieaufnahmen mehrerer Organismen zusammenzuführen, um so Muster in der Verteilung der Zellen zu finden und dadurch Gewebe zu erkennen, die die Zellwanderung beeinflussen. Mithilfe der Software bestimmten die Forscher Geweberegionen, die die Zellen entweder mieden, auf die sie mit einer Clusterbildung reagierten, oder in denen sie ihre normale Verteilung beibehielten. Auf diese Weise identifizierten sie auch eine physikalische Barriere im Bereich der Längsachse des Organismus, an der die Zellen ihre Bewegungsrichtung ändern.

Mit der neuen Methode analysierten die Wissenschaftler die Verteilung von rund 21.000 Urkeimzellen in 900 Zebrafischembryonen. Wie erwartet ordneten sich die Zellen ohne Chemokinrezeptor anders an als sonst. Dabei zeigten sie ein eindeutiges Verteilungsmuster, das in der Untersuchung einzelner Embryonen nicht zu erkennen war. So blieb die Region um die Längsachse der Embryonen fast vollständig frei von Zellen.

Bei einer genaueren Betrachtung fanden die Forscher heraus, dass diese Region als physikalische Barriere fungiert: Bei Kontakt mit der Gewebebarriere verändern die Zellen die Verteilung des Proteins Aktin, was zu einer Richtungsänderung ihrer Fortbewegung weg von der Barriere führt. Ein tieferes Verständnis darüber, wie Zellen auf physikalische Barrieren reagieren, könnte bei metastasierenden Krebszellen relevant sein, die in Nachbargewebe eindringen und bei denen dieser Prozess gestört sein könnte.

Bild: (Ausschnitt) Urkeimzellen (rot) in Zebrafischembryonen wandern geleitet durch einen Lockstoff zu ihrem Bestimmungsort (links). Fehlt der Lockstoffrezeptor, scheint kein Muster ihrer Wanderung vorzuliegen (rechts). ©: Gross-Thebing, Truszkowski, Tenbrinck et al. Sci Adv 2020;6: eabc5546/CC BY-NC.