Urkeimzellen

Muster in der Wanderung von 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.

DOI: 10.1126/sciadv.abc5546

Termine

  • 20.01.2021 - 21.01.2021

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    Messe wird virtuell durchgeführt

  • 26.01.2021 - 28.01.2021

    Advances in Chemical Biology
    Konferenz wird virtuell durchgeführt

  • 29.01.2021 - 30.01.2021

    9. Norddeutsche Hormon- und Stoffwechseltage
    Konferenz wird virtuell durchgeführt

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Während in der klassischen Mikroskopie die Zellen fixiert werden müssen, was Zerstörungen und Artefakte mit sich bringt, können mit Fluoreszenz-basierten Mikroskopiemethoden, z. B. der laser scanning-Mikroskopie, lebende Zellen viel realistischer beobachtet werden. Dabei wird der Erkenntnisgewinn enorm erweitert, da nicht nur eine exakte Lokalisation von spezifischen Proteinen oder Nukleinsäuren in der Zelle bestimmt werden kann, sondern auch deren Bewegungen und Interaktionen in einer intakten, lebenden Zelle. Durch die resolution Evolution, bei der die Auflösungsgrenze drastisch nach unten verschoben wurde, z. B. mit der stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM), können sogar einzelne Moleküle in lebenden Zellen erfasst werden. Jan Schlegel und Markus Sauer zeigen in ihrem Beitrag, wie man mit der 3D-Gitter-Lichtblatt-dStorm-Technologie die Verteilung des Adhäsionsrezeptors CD56 in der Plasmamembran visualisieren kann. Anne Schlaitz wendet die konfokale laser scanning-Methode an, um in lebenden Zellen die Dynamik des ERs während der Mitose zu erforschen. Tobias Becker und Pavel Kielkowski stellen in ihrem Artikel eine Pronukleotid-Sonde für das in situ fluorescence Imaging zur Identifizierung und Beobachtung von AMPylierten Proteinen vor. Hintergrundbild: Sich teilende HeLa-Zellen unter dem Lichtmikroskop. Chromosomen im Zellnukleus (lila), Mikrotubuli im Zellskelett (Tubulin, grün) und Aktin (rot) sind erkennbar. Bild: Kevin Mackenzie, University of Aberdeen, Wellcome Collection, https://wellcomecollection.org/works/vjq5c26rCC unter der Lizenz BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0.

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