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Establishment of cortical polarity in the one-cell C. elegans embryo

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Einblicke in die Mechanismen der asymmetrischen Zellteilung

Ein EU-finanziertes Projekt untersuchte die Mechanismen der asymmetrischen Zellteilung, um wesentliche neue Einblicke in die Stammzellteilung und –differenzierung zu gewinnen.

Gesundheit

Bei allen biologischen Prozessen ist die asymmetrische Zellteilung eine der Voraussetzungen, damit eine Zelle zwei verschiedene Zelltypen generieren kann. Diese intrinsische Fähigkeit zur Asymmetrie ist entscheidend bei Entwicklungsprozessen, z.B. von Stammzellen und der Differenzierung von Epithelzellen oder Neuronen. Defekte in der Zellpolarität wurden sogar mit der Metastasierung von Epitheltumoren assoziiert. Damit in höher entwickelten Eukaryoten Polarisierung stattfinden kann, müssen Domänen innerhalb der Zelle gebildet werden, die spezielle molekulare und funktionale Eigenschaften besitzen. Am Modell des Wurms C. elegans wurde die kortikale Polarität untersucht. Vor der Teilung sammelt sich in der Zygote am anterioren Zellpol ein konservierter PAR-Komplex (PAR: Polaritätsprotein), eine posteriore Domän hingegen in der hinteren komplementären Region. Während man davon ausgeht, dass diese anterioren und posterioren Polaritätskomplexe antagonistisch wirken, sind die genauen Mechanismen dieses Prozesses noch unklar. Auch ein kohärentes Modell steht bislang noch aus. Mit dieser Frage beschäftigte sich das EU-finanzierte Projekt GOEHRING-POLARITY (Establishment of cortical polarity in the one-cell C. elegans embryo). Vorgeschlagen wurde, die spezifischen kinetischen Eigenschaften von PAR-Proteinen als Ausgangspunkt für diskrete und robuste kortikale Domänen zu untersuchen. Entwickelt wurden mehrere neuartige fluoreszenzmikroskopische Verfahren, um die embryonale PAR-Mobilität zu untersuchen. Man entdeckte, dass PARs frei diffundieren und damit kein Transport nötig ist, um sie auf die richtigen Hälften der Zellen zu verteilen. Eher wird vermutet, dass die Interaktion zwischen PARs und Zellmembran die räumliche Asymmetrie bei der Membranbindung und Dissoziation bewirkt, wodurch es zu Zellpolarität kommt. Weiterhin wurde ein physisches Modell für Zellpolarität entwickelt, in dem PARs in der Zelle diffundiert werden, um eine separate Lokalisation mit der Membran zu erreichen. Dies erwies sich als wertvolles Werkzeug, um die Rolle einzelner PARs bei der Formierung stabiler Muster zu evaluieren. GOEHRING-POLARITY lieferte damit neue Erkenntnisse über PARs und deren Rolle bei der asymmetrischen Zellteilung. Die Daten könnten für die Stammzellforschung und die Entwicklung therapeutischer Strategien interessant werden. Die neuen Methoden lassen sich in einer Vielzahl von Forschungsbereichen anwenden, um die Kinetik membranstämmiger Proteine zu untersuchen.

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