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Quantitative analysis of the interplay between cellular signaling and cell morphology during development

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Zellentwicklungsprozesse und Dynamik

Während der Entwicklung werden je nach Bedarf verschiedene Signalwege aktiviert bzw. ausgeschaltet, um die Zelldifferenzierung räumlich und zeitlich zu steuern. Eine EU-finanzierte Studie untersuchte nun Zusammenhänge zwischen Signalen und Zellmorphologie bei der Differenzierung.

Gesundheit

Schwerpunkt von MORPHO-SIGNALING (Quantitative analysis of the interplay between cellular signaling and cell morphology during development) war der Notch-Signalweg, der als wichtiges Signalsystem bei Vielzellern eine entscheidende Rolle bei der unterschiedlichen Differenzierung von Gruppen ursprünglich identischer Zellen spielt. Der Signalweg markiert dann benachbarte Regionen für das wachsende neue Gewebe. Die Forscher entwickelten mehrere Fluoreszenzmethoden zur Analyse biophysikalischer Eigenschaften von Notch-Rezeptoren und -Liganden und deren Wechselwirkung mit benachbarten Zellen. Mit einer neuen Mikrostrukturierungstechnologie und Zeitraffermikroskopie konnten dann die Zell-Zell-Interaktionen beobachtet werden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Stärke der Signalübertragung direkt mit der Kontaktfläche zwischen den Zellen korreliert. Mathematischen Modellen zufolge kann dadurch die laterale Hemmung bei der Differenzierung entscheidend beeinflusst werden. Dies ist ein besonderes Merkmal des Notch-Signalwegs, denn er verhindert, dass sich benachbarte Zellen zu spezifischen Zelltypen differenzieren. An Livebild-Assays wurde die Diffusion des Proteins Delta-like 1 in Säugerzellen ermittelt. Als Homolog des Notch-Delta-Liganden vermittelt es die Art der Differenzierung. Am Reaktions-Diffusions-Modell wurde gezeigt, wie Membrandynamik und Morphologie der Zellen Zell-Zell-Signale beeinflussen. Unterschiedliche Diffusionsraten wirkten sich in hohem Maße auf die Signalgebung zwischen Zellen aus, insbesondere bei kleinen Kontaktflächen. Insgesamt lieferten die experimentellen Methoden von MORPHO-SIGNALING wichtige Informationen zur gegenseitigen Beeinflussung zwischen Signalwegen und Zellmorphologie in der Entwicklungsphase. Dem werden außerordentliche Details zum Notch-Signalweg folgen, etwa zur Rezeptor-Liganden-Kinetik und der Raum-Zeit-Aktivität während der Entwicklung.

Schlüsselbegriffe

Zellentwicklung, Signalweg, Morphologie, Notch, Modelle

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