Funktionelle Modulation der Zelladhäsion durch sud-1 und Galectine im Caenorhabditis elegans Embryo

Müller, Matthias

Strikt maternale Mutationen in dem Gen sud-1 bewirken eine stark reduzierte terminale Differenzierung fast aller Gewebe, verursacht durch eine fehlgeleitete Òonkogene" Proliferationsregulation am Ende der Embryogenese. In sud-1 Embryonen sind die Zellmigrationen durch das ganze Embryo aberrant. Mit 4D-mikroskopischen und bioinformatischen Methoden war nicht zu klären, ob der primäre Defekt in der Zellführung oder in veränderten Zelldeterminationen liegt. Ein evtl. vorhandenes Differenzierungsmuster wird durch die exzessiven Zellteilungen verdeckt. Die vorherige Klonierung des Gens ergab keinerlei Hinweise auf die molekulare Funktion des Proteins. Mit einem Yeast-Two-Hybrid Ansatz und in vivo Coimmunpräzipitationen wurden Zelladhäsion vermittelnde Galectine als Interaktionspartner von SUD-1 identifiziert. Ein monoklonaler Antikörper zeigt die Lokalisation von SUD-1 an den interzellulären Membranen, die mit einer reduzierten Zellhaftung der sud-1 Blastomeren untereinander und einem Phagozytosedefekt im Einklang steht. In C. elegans sind 11 Galectine bekannt und die Inaktivierung dieser Gene einzeln und in Kombination mit der RNA-Interferenz und mit polyklonalen Antikörpern wurden komplexe Funktionen der Galectine aufgedeckt. Einige Galectine vermitteln die Adhäsion in der mitotischen Teilungsfurche, und mit den Galectinen lec-1,-2,-4 wird der sud-1 Phänotyp phänokopiert. Dies zeigt genetisch eine Interaktion von SUD-1 mit den Galectinen. Interessant sind fehlgeleitete Zellmigrationen nach Galectin RNAi. Möglicherweise ist eine spezifische Modulation der Zelladhäsionen eine Vorraussetzung für die korrekte Führung von Zellen, die Grundlage für die Musterbildung während der Embryogenese von C. elegans sind. Die Funktion von Galectinen für Vertebraten wurde mit durch Zellkulturstudien untersucht. Das hier vorgestellte System erlaubt es, die Funktion der Galectine in vivo zu untersuchen.

Strict maternal lethal mutations in the gene sud-1 leads to a reduced terminal differentiation of most tissues and a loss of cell engulfment, caused by an excessive cell proliferation at the end of embryogenesis. Cell migrations like in wildtype C. elegans embryos are aberrant in embryos derived from sud-1 mutants. The question whether cell guidance or cell fate determination is primarily affected could not be answered with 4D microscopic analysis and bioinformatic calculations. The possibly existing differentiation pattern is masked by excessive cell divisions. Cloning the gene did not reveal any hint about the molecular function of SUD-1. In a yeast-two-hybrid-screen cell adhesion mediating galectins were identified as interaction partners of SUD-1 and these interactions have been verified by in vivo coimmune precipitations. With a monoclonal antibody specific for SUD-1 I could show an intercellular membrane association of SUD-1. This is consistent with a reduced cell adhesion recognised in in vitro-cultures of sud-1 blastomeres. These findings suggest a function of SUD-1 in cell adhesion and could also explain the engulfment defect in sud-1 embryos. There are at least 11 galectins known in C. elegans. Inactivation of single or combined galectins with RNA-interference and immunohistochemical stainings with polyclonal antibodies elucidated several complex functions of the galectins. Some galectins are needed for mitotic cleavage furrow stabilisation. The combined inhibition of lec-1, -2, -4 mimics the sud-1 phenotype indicating a functional interaction of SUD-1 with galectins. Of particular interest are misdirected cell migrations in embryos after inhibition of galectin expression. A specific cell adhesion could be necessary for cell guidance and pattern formation in C. elegans. Functional studies with galectins in vertebrates rely on cell culture experiments. The system introduced here makes it possible to analyse the function of galectins in vivo.

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Müller, Matthias: Funktionelle Modulation der Zelladhäsion durch sud-1 und Galectine im Caenorhabditis elegans Embryo. 2007.

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