Zellmi­gration: Funktion eines Proteins entdeckt

PGC (in dunkelblau) in ihrer korrekten Position am Bestim­mungsort im Zebra­fisch Embryo (l.) und ein Beispiel für einen Fall, in dem PGC irrege­leitet sind und ihren Bestim­mungsort nicht erreichen können (r.). Foto: AG Raz

Zellmi­gration: Funktion eines Proteins entdeckt

Ein Team um den Zellbio­logen Prof. Erez Raz von der WWU hat unter­sucht, welche Rolle das Zell-Zell-Adhäsions-Protein E‑Cadherin bei der zielge­rich­teten Wanderung von Keimzellen in Zebra­fi­schembryos spielt und fand heraus: Das Protein vermittelt die Inter­aktion der Zellen mit ihrer Umgebung. Es unter­stützt die Lokali­sation bestimmter Proteine in einer spezi­fi­schen Region der Zellen, indem es diese Proteine indirekt an die umgebenden Zellen koppelt. Die Erkennt­nisse sind ein wichtiger Baustein, um human­me­di­zi­nisch relevante Vorgänge zu verstehen.

Die Tempe­ra­turen sinken, die nächste Erkäl­tungs­welle rollt heran – und damit kommen auch die Immun­zellen vermehrt in Schwung. Im Herbst und Winter laufen die stets aktiven Zellen zur Höchstform auf, denn ist der Körper durch eine nahende Infektion geschwächt, bewegen sie sich Richtung Infek­ti­onsherd. Welche Mecha­nismen dahin­ter­stecken und was die Zellen dazu bringt, sich effizient und zielge­richtet zu einer bestimmten Region des Körpers zu bewegen, ist aller­dings nahezu ungeklärt. Dieser Frage ist eine deutsch-franzö­sische Forschungs­gruppe der Westfä­li­schen Wilhelms-Univer­sität Münster (WWU) und des Instituts Pasteur in Paris nachge­gangen und entdeckte dabei eine neue Funktion eines altbe­kannten Proteins – und damit einen wichtigen Mitspieler für die Bewegung und Steuerung der Zellen: das sogenannte Zell-Zell-Adhäsions Protein E‑cadherin. Welche Rolle es für die Zellen spielt, veröf­fent­lichte das Team jetzt in der Fachzeit­schrift Nature Communications.

Eine Gruppe primor­dialer Keimzellen in einem Zebra­fi­schembryo. Foto: AG Raz

Vom Zeitpunkt der Entstehung eines Organismus‘ bis zu seinem Tod bewegen sich Zellen durch den Körper. Dieser bemer­kens­werte Vorgang, in der Fachwelt Zellmi­gration genannt, spielt eine entschei­dende Rolle in vielerlei Prozessen des Lebens, von der embryo­nalen Entwicklung bis hin zur Fortpflanzung und Immun­abwehr. Eine fehlge­steuerte Zellmi­gration hat Konse­quenzen: So kann sie zu patho­lo­gi­schen Zuständen führen wie angebo­renen Fehlbil­dungen, Entzün­dungen und der Metastasierung von Krebs­zellen. Zellen bewegen sich auf eine genau bestimmte Region des Körpers zu, um dort ihre Funktion zu erfüllen, so Immun‑, Nerven- oder auch Keimzellen. Ohne diese Fähigkeit der verschie­denen Zelltypen wäre der Körper nicht funktionsfähig.

Um den Mecha­nismen rund um die Zellmi­gration näher auf den Grund zu gehen, haben sich WWU-Wissen­schaftler der Arbeits­gruppen um Prof. Erez Raz und Prof. Timo Betz aus dem Institut für Zellbio­logie mit Wissen­schaftlern des Teams von Jean-Chris­tophe Olivo-Marin aus Paris zusam­men­ge­schlossen. Feder­führend dabei war die Erstau­torin der Studie, Dr. Cecilia Grimaldi, die gemeinsam mit Zweit­au­torin Dr. Isabel Schumacher die Migration von primor­dialen Keimzellen (PGC), einem spezi­ellen Zelltyp in Zebra­fi­schembryos, unter­sucht hat. Bei den PGC handelt es sich um Vorläufer der Eizelle bezie­hungs­weise Samen­zelle des erwach­senen Organismus, welche eine wichtige Rolle für die Fortpflanzung spielen: Die Fähigkeit dieser Zellen, während der embryo­nalen Entwicklung den Ort des sich entwi­ckelnden Eierstocks oder Hodens zu erreichen, ist für die Frucht­barkeit unabdingbar.

Der grenz­über­schrei­tende Verbund ist dem Verständnis der Prozesse der Zellmi­gration ein gutes Stück näher­ge­kommen: So konnte das Team heraus­finden, dass die PGC sich zwar einzeln durch den Organismus bewegen, aber dennoch auf die Hilfe der sie umgebenden Zellen angewiesen sind, um sich zielge­richtet fortzu­be­wegen. Das Protein, das diese Inter­aktion zwischen den Zellen vermittelt, ist das Zell-Zell-Adhäsions Protein E‑cadherin: Es unter­stützt die Lokali­sation bestimmter Proteine in einer spezi­fi­schen Region der Zelle, indem es diese Proteine indirekt an die umgebenden Zellen koppelt. Die so beein­flußten Proteine spielen eine wichtige Rolle dabei, dass die Zelle die Richtung ihrer Fortbe­wegung beibehält. Entfernt man E‑cadherin, kommen die Zellen buchstäblich vom richtigen Weg ab – sie verlassen ihren korrekten Migra­ti­onspfad und kommen nicht am Bestim­mungsort an. Doch nicht nur die Elimi­nierung des Proteins, auch die Verän­derung der E‑cad­herin-Level ausschließlich in der Umgebung macht sich in der Zellmi­gration bemerkbar – so beein­flusste die Level­ver­än­derung in den umgebenden Zellen den Weg der PGC.

Die Erkennt­nisse von Dr. Grimaldi und ihren Kollegen sind ein wichtiger Baustein, um human­me­di­zi­nisch relevante Vorgänge zu verstehen. Die Zusam­men­arbeit mit Münster lag für die Wissen­schaft­lerin nahe: Als Absol­ventin des gemein­samen Gradu­ier­ten­pro­gramms des Max-Planck-Insti­tutes Münster und der WWU, aus dem die Arbeit hervorging, verfügt sie über beste Kontakte zu dem Forschungsstandort.

Origi­nal­pu­bli­kation:

Grimaldi, C., Schumacher, I., Boquet-Pujadas, A. et al. E‑cadherin focuses protrusion formation at the front of migrating cells by impeding actin flow. Nat Commun 11, 5397 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020–19114‑z

Textquelle: Dr. Kathrin Kottke, Westfä­lische Wilhelms-Univer­sität Münster

Bildquelle: (oben) PGC (in dunkelblau) in ihrer korrekten Position am Bestim­mungsort im Zebra­fisch Embryo (l.) und ein Beispiel für einen Fall, in dem PGC irrege­leitet sind und ihren Bestim­mungsort nicht erreichen können (r.). Foto: AG Raz

Bildquelle: (unten) Eine Gruppe primor­dialer Keimzellen in einem Zebra­fi­schembryo. Foto: AG Raz