New principles in collective cell migration during Drosophila organ development
Autor: | Bischoff, Maik Christian |
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Přispěvatelé: | Bogdan, Sven (Prof. Dr.) |
Jazyk: | angličtina |
Rok vydání: | 2020 |
Předmět: |
collective cell migration
organogenesis Matrix Adhäsionen naszierende Testismyotuben Medizin Zellmigration testis nascent myotubes cell motility Cytologie Lamellipodium Medical sciences Medicine Zellmotilität Zelladhäsion Muskelentwicklung Drosophila Organogenese matrix adhesions kollektive Zellmigration testis development Entwicklungsbiologie Fadenfüsschen Fokale Adhäsion Testisentwicklung ddc:610 |
Popis: | Zellmigration treibt zahlreiche entwicklungsbiologische Prozesse, sowie Wundheilung und Immunreaktionen an und ist ein Merkmal vieler Krebszellen. Besonders in metastasierenden Tumoren, aber auch in der Entwicklung spielt die kollektive Zellmigration eine grundlegende Rolle. Viel Wissen über die exakte Mechanik kollektiver Motilität stammt von wenigen Modellsystemen in denen Migrations-prozesse analysiert und genetisch, mechanisch sowie pharmakologisch beeinflusst werden können. In der vorliegenden Arbeit soll ein neues ex vivo System zu Erforschung kollektiver Migration etabliert werden. Der Testis von Drosophila ist von einer Muskelschicht umgeben, die Ähnlichkeit mit glatten Muskeln aufweist. Die Vorläufer dieser Zellen, mehrkernige Myotuben, müssen während der puppalen Entwicklung auf den Testis gelangen und zu seinem distalen Ende migrieren. Es wurden Kulturbedingungen ermittelt, in denen dieser Prozess ex vivo rekapituliert werden kann. Dabei konnten die mechanischen Grundlagen der Myotuben-Migration ergründet werden. Testis Myotuben scheinen einen Lamellipodium-unabhängigen Migrationsmodus zu nutzen, der gänzlich auf der Dynamik von Filopodien-artigen Zellfortsätzen beruht. In vorherigen Arbeiten wurde eine chemoattraktive Wirkung, vermittelt über den fibroblast growth factor receptor (FGFR) Heartless (Htl), neben einer wahrscheinlichen Rolle in der Regulation der Myoblasten-Anzahl auf der Genitalscheibe und einer möglichen Rolle bei der Testis-Genitalscheiben-Verbindung, diskutiert. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit sprechen gegen eine chemoattraktive Funktion, aber für eine generelle Rolle von Htl bei der Initiation der Zellmigration. Mathematische und statistische Analysen der Migrationsbewegungen bei genetischen, mechanischen sowie pharmakologischen Störungen und Beeinflussungen, sprechen für einen selbst-regulierenden Prozess. Dieser hat Ähnlichkeiten zu contact inhibition of locomotion (CIL), da Zell-Zell-Kontakte die entscheidenden Informationen zur Richtungsfindung einzelner Zellen geben. Zellen scheinen kontaktabhängig die Matrix-Adhäsion von Filopodien herunterzuregeln. Dieser Prozess scheint von den Rho-GTPase Rac2 und Cdc42 gesteuert zu sein. Als Folge des kontaktabhängigen Adhäsionsverlusts folgt eine Netto-Bewegung in den zellfreien Raum. Gleichzeitig scheint N-Cadherin dafür zu sorgen, dass Zellen ihre Zell-Zelladhäsion zueinander aufrechterhalten, sich also nicht wie bei CIL abstoßen. Schließlich scheinen suprazelluläre RhoA sowie Rock abhängige Actomyosin-Kabel die Kohäsion der Zellcluster zu unterstützen, indem sie Lücken zwischen den Zellen mit konkav gekrümmter Kante schließen. Diese Mechanismen resultieren allem Anschein nach in einem Prozess, indem sämtlicher zur Verfügung stehender Raum gleichmäßig von Myotuben bedeckt wird. Myotuben-Motilität erscheint dabei abhängig von proteolytischer Degradation der Matrix zu sein. Aus diesem Grund könnte das neu etablierte ex vivo System es in Zukunft ermöglichen, kollektive Dynamiken invasiver Migration zu erforschen. Cell migration drives most developmental processes, wound closure, as well as immune response. It constitutes a hallmark of cancer. Especially in tumour metastasis and development, cells rely on collective cell migration. Much knowledge about the exact mechanics of collective motility was gathered from a few model systems in which migration processes can be precisely analysed and genetically, mechanically, and pharmacologically influenced. This work aims to extend the existing range of such models by establishing a new ex vivo system for collective cell migration. The testis of Drosophila is surrounded by a layer of smooth-like muscles. The precursors of these cells, multinucleated myotubes, have to get to the testis and to migrate toward its distal end during pupal development. Organ-culture conditions were determined, allowing to recapitulate the process ex vivo. Thereby, the mechanical rules by which myotubes migrate could be assessed. Testis myotubes seem to use a lamellipodium-independent migration mode that is based entirely on the dynamics of filopodia-like protrusions. In previous studies, a chemoattractive effect mediated by the fibroblast growth factor receptor (FGFR) Heartless (Htl) was discussed, besides its likely role in regulating the number of myoblasts on the genital disc and its possible role in connecting testis and seminal vesicles. The results obtained in this work oppose a chemoattractive function but rather suggest a general role of Htl in the initiation of cell migration. Mathematical and statistical analysis of migration trajectories in the background of genetic, mechanical, and pharmacological perturbation suggest a self-regulating process. The observed dynamics reveal similarities to contact inhibition of locomotion (CIL) since cell-cell contacts provide crucial information for individual cells to enable directionality. Cells seem to inhibit substrate adhesion in filopodia in a contact-dependent manner. This process appears to be controlled by the Rho-GTPases Rac2 and Cdc42. As a result of the contact-dependent loss of adhesion, there is a net-movement into the cell-free space. At the same time, N-Cadherin seems to ensure that cells maintain adhesion to one another. Therefore, there is no repulsive migration as in CIL. Finally, supracellular RhoA/Rock-dependent actomyosin cables appear to support cohesion by closing gaps in the cell cluster at concavely curved edges. These mechanisms presumably result in a process in which all available space is evenly covered by myotubes. Myotube motility appears to be dependent on proteolytic degradation of the matrix. For this reason, in the future, the newly established ex vivo system could allow studying the collective dynamics of invasive migration in detail. |
Databáze: | OpenAIRE |
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