Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

Lehrstuhl für Zell- und Molekularbiologie

 

 

 

Regulation von Zellpolarität und Zytoskelett durch Signalprozesse

PD Dr. Veit Riechmann

 

Bei vielen Krankheiten sind Verlust von Zellpolarität und Fehlsteuerung des Zytoskeletts zentrale Probleme.  Um diese Probleme zu erforschen, benutzen wir die Oogenese von Drosophila.

Die Oogenese in Drosophila vollzieht sich in einfachen Organen, die aus einer Keimbahnzyste und einem umschließenden Epithel bestehen.  Diese „Eikammern“ enthalten zwei Zelltypen, die sich sehr gut eignen, um Zellpolarität und die dynamische Regulierung des Zytoskeletts in einem sich entwickelnden Organ zu erforschen:  die Oozyte und die sie umgebenden Epithelzellen.

Das Verständnis, wie Zellpolarität und Zytoskelett reguliert werden, ist für viele medizinische Probleme wichtig.  So ist zum Beispiel der Verlust von Zellpolarität ein entscheidendes Kennzeichen der meisten Tumore.  Darüber hinaus sind Einsichten in Mechanismen der Regulation des Zytoskeletts wichtig für das Verständnis abnormen Zellverhaltens bei vielen Krankheiten.  Eine zentrale Frage ist dabei, wie Signalprozesse Zellpolarität und Zytoskelett steuern.

 

Unsere Arbeitsgruppe arbeitet an den folgenden Fragestellungen:

Wie entsteht Zellpolarität in Epithelien?
Das die Keimbahnzyste umgebende Epithel ist hervorragend geeignet, um die Bildung und Aufrechterhaltung von Epithelien in einem lebendem Organismus zu erforschen.  Die hervorragenden genetischen Möglichkeiten des Modellsystems Drosophila, eine Vielzahl von Markern und eine exzellente Histologie ermöglichen es, die Entwicklung dieses Epithels tiefgründig zu analysieren.  In genetischen Screens wollen wir Signalprozesse identifizieren, die epitheliale Entwicklung steuern.

Wie wird Zellteilung in Epithelien reguliert?
Die Morphogenese der Eikammer wird durch ein Zusammenspiel von Wachstum und mechanischer Spannung im Zytoskelett kontrolliert.  Während der Entwicklung der Eikammer kommt es zu einer dramatischen Vergrößerung des Volumens der Keimbahnzyste.  Die durch die Volumenvergrößerung notwendige Ausweitung der epithelialen Oberflächen wird über Zellteilungen geleistet.  Eikammern sind deshalb hervorragend geeignet, um zu erforschen, wie physikalische Kräfte Zellteilungen kontrollieren.  Unsere Ergebnisse sprechen dafür, dass die Spannung des Aktinkortex des Epithels den Zeitpunkt der Zellteilung festlegt (Wang und Riechmann, 2007).  Wir versuchen den Signalweg zu identifizieren, der diesem spannungsgesteuerten Teilungsmechanismus nachgeschaltet ist.

Welche Rolle spielt das Aktin Zytoskelett bei der Achsenbildung?
Wir konnten zeigen, dass das Aktin Zytoskelett der Oozyte aus dicken Bündeln von Aktin Filamenten besteht, in denen die Mikrotubuli der Oozyte verankert sind.  Die Zerstörung der Aktin Bündel hat eine dramatische Veränderungen im Aufbau des Mikrotubuli Zytoskeletts zur Folge.  Diese Veränderungen verhindern die Ausbildung der Polaritätsachsen des Embryos (Wang und Riechmann, 2008).  Wir wollen in Zukunft die genaue Funktion des Aktin Zytoskeletts bei der Festlegung der embryonalen Achsen identifizieren.

 

Gruppe:

PD Dr. Veit Riechmann, Gruppenleiter

Dr. Nicola Berns, Postdoc

Innokennty Woichansky, Doktorand

Sara Laiouar, Doktorandin

Rojin Marzban, Studentische Hilfskraft

 

 

 

Ausgewählte Referenzen:

Berns, N., Woichansky, I., Friedrichsen, S., Kraft, N., Riechmann, V.  (2014) A genome-scale in vivo RNAi analysis of epithelial development in Drosophila identifies new proliferation domains outside of the stem cell niche. Jornal of Cell Science 127(12):2736-48.

Gomez, J.M., Wang, Y., Riechmann, V. (2012). Tao controls epithelial morphogenesis by promoting Fasciclin 2 endocytosis. The Journal of Cell Biology 199:1131-43. » Link

Berns, N., Woichansky, I., Kraft, N., Hüsken, U., Carl, M. and Riechmann, V. (2012) “Vacuum-assisted staining”: a simple and efficient method for screening in Drosophila. Development Genes and Evolution (in press).

JayaNandanan, N., Gavis, E.R., Riechmann, V., and Leptin, M. (2011) A genetic in vivo system to detect asymmetrically distributed RNA. EMBO Reports 12:1167-1174.

Franz, A. and Riechmann, V. (2010) Stepwise polarisation of the Drosophila follicular epithelium. Developmental Biology 338:136-147.

Wang, Y. and Riechmann, V. (2008) Microtubule anchoring by cortical actin bundles prevents streaming of the oocyte cytoplasm. Mechanisms of Development 125:142-152.

Riechmann, V. (2007) Developmental Biology: Hippo prevents posterior patterning by preventing proliferation. Current Biology 17:R1006-1008

Wang, Y. and Riechmann, V. (2007) The role of the actomyosin cytoskeleton in coordination of tissue growth during Drosophila oogenesis. Current Biology 17:1349-1355

Riechmann, V. and Ephrussi, A. (2004). Par-1 regulates bicoid mRNA localisation by phosphorylating Exuperantia. Development 131:5897-5907

 

Kollaborationen:

Maria Leptin, EMBL Heidelberg, Deutschland

Siegfried Roth, Universität zu Köln, Deutschland

Ilse Hofmann, DKFZ Heidelberg, Deutschland

 

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Letzte Änderung: 03.07.2015