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Kompaktionsmechanismen im frühen Embryo

Die frühen Ereignisse in der embryonalen Entwicklung sind für die nachfolgende Zellspezifizierung von zentraler Bedeutung. Europäische Forscher untersuchten den Mechanismus der Zellpositionierung und identifizierten eine herausragende Rolle für die Zellkontraktilität.
Kompaktionsmechanismen im frühen Embryo
In der frühen Entwicklung besteht die Blastocyste aus einer epithelialen Schicht, welche die innere Zellmasse (inner-cell mass, ICM) umgibt, aus der sich alles embryonale Gewebe bildet. Die Positionierung von Blastomeren an der Oberfläche oder innerhalb des Embryos bestimmt die nachfolgende Differenzierung in das Trophektoderm bzw. in die innere Zellmasse. Zelle-Zelle-Kontakte fördern die Expression von Pluripotenzgenen, während die apikale Membran Trophektodermgene anhand eines Mechanismus begünstigt, der noch nicht vollständig enthüllt worden ist.

Nach der Teilung in 16 Zellen zeigten ausschließlich die Blastomere, die für die Bildung der inneren Zellmasse vorgesehen waren, prominente periodische Kontraktionen. Dieses zwischen Schwesterzellen abweichende Verhalten legt eine Asymmetrie bei der Teilung von Komponenten des kontraktilen Apparats nahe.

Zur näheren Untersuchung erforschten die Wissenschaftler des Projekts MECHACOMPA (Mechanics of compaction in the mouse pre-implantation embryo) die funktionelle Beziehung zwischen apikalen Proteinen und Kontraktilität.

Eine genaue Betrachtung der apikalen Domäne enthüllte ein geringes Actin- und Myosinniveau. Dies legt nahe, dass es sich um eine Domäne mit geringer Kontraktilität handelt. Bei einer Weitergabe an lediglich eine Tochterzelle werden Heterogenitäten in der Kontraktilität von Schwesterblastomeren geschaffen, welche Aufschluss über die unterschiedliche Positionierung innerhalb des Embryos geben könnten.

Zur Untersuchung, ob Unterschiede in der Kontraktilität für die Positionierung von Vorstufen bezüglich der inneren Zellmasse verantwortlich sind, wurden im Rahmen von MECHACOMPA Blastomere gemischt, die mit unterschiedlichen Kontraktilitäten hergestellt worden waren. Es wurde beobachtet, dass die Kontraktilität ausreichte, um die Positionierung von Zellen innerhalb des Präimplantationsembryos zu steuern.

Auf Grundlage eines dreidimensionalen Modells der 16-Zellen-Phase, das Zellen mit unterschiedlicher Kontraktilität aufwies, wurden mechanistische Erkenntnisse gewonnen. Über dieses Modell wurden die im Zuge von Experimenten beobachteten Formen und Bewegungen erfolgreich rekapituliert und die Internalisierung, die sich jedes Mal ereignet, wenn die Spannung eines Blastomers die Spannung seiner benachbarten Entsprechungen um das 1,5-fache übersteigt, weiter prognostiziert. Diese quantitative Prognostizierung wurde daraufhin bestätigt und experimentell geprüft.

Beeindruckender Weise wirkten sich Störungen nicht nur auf die Internalisierung, sondern auch auf die letztliche Spezifizierung aus und verursachten bei Zellen eine Anpassungsreaktion in Form embryonalen Gewebes. Die Forscher mutmaßten, dass die Verbindung zwischen Kontraktilität, Positionierung und letztlicher Spezifizierung von Blastomeren auf einer Art von Mechanoperzeption gründet.

Insgesamt gesehen bieten die Erkenntnisse von MECHACOMPA bis dato nicht vorhandene Beweise über die Mechanismen, welche letztlich die Spezifizierung im Embryo von Säugetieren steuern. Dies bringt uns der Entschlüsselung der komplexen ersten Schritte in der embryonalen Entwicklung einen Schritt näher.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Embryo, innere Zellmasse, Blastomer, MECHACOMPA, Kontraktilität
Datensatznummer: 191161 / Zuletzt geändert am: 2017-02-21
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