Die Wanderlust der Zelle erforscht
Ob Fischembryonen oder Tumore beim Menschen – das gleiche Gen kontrolliert, wie Zellen im Gewebe wandern
Freiburger Forscherinnen und Forscher haben in Zebrafischen gezeigt, dass die gleichen Proteine, die beim Menschen zur Bildung von Metastasen führen, auch in der embryonalen Entwicklung die Zellen wandern lassen. Durch die Erkenntnisse zur Zellwanderung im Zebrafisch erhofft sich das Team der Abteilung Entwicklungsbiologie, der Abteilung für Viszeralchirurgie des Universitätsklinikums und des Exzellenzclusters BIOSS Centre for Biological Signalling Studies um Prof. Dr. Wolfgang Driever und Prof. Dr. Thomas Brabletz, neue Wege zur Erforschung von Proteinen zu eröffnen, welche die Metastasierung und damit die Bösartigkeit von Krebs bestimmen.
Rot und grün markierte Zellen im Zebrafischembryo während ihrer ersten Wanderung im Gastrulastadium.
© Wolfgang Driever
Zellen sind meist im Gewebe fest miteinander verbunden. Um sich durch das Gewebe zu bewegen, muss die Zelle ihre Kontakte zu anderen Zellen, die über Bindungsproteine erfolgen, lösen und verändern. Dies geschieht besonders während der embryonalen Entwicklung, aber auch in Tumoren, wenn sie Metastasen bilden. In Krebszellen sind die Proteinnetzwerke, die das Verhalten steuern, so verändert, dass die Zellen sich aus ihrem Verband unkontrolliert lösen können – eine mutierte Hautzelle wandert dann zum Beispiel in die Blutbahn. Dieses Verhalten wird schon seit längerem untersucht, doch zur Kontrolle der Wanderung gibt es noch viele offene Fragen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen, dass besonders das Protein ZEB1 eine Rolle spielt: Es begrenzt die Herstellung der Bindungsproteine E-Cadherin und Epcam – sowohl im Fischembryo als auch in der Tumorzelle. Je weniger E-Cadherin und Epcam produziert werden, desto loser sind die Verbindungen zu anderen Zellen.
Im Zebrafisch lassen sich Zellbewegungen besonders gut beobachten, da der Embryo durchsichtig ist. Die Phase der Gastrulation, bei der die Keimblätter durch das Einstülpen der äußersten Zellschicht entstehen, stellt die erste große Zellwanderungsphase in der Entwicklung von Wirbeltieren dar. Die Zellen wandern von der Oberfläche des Embryos an ihre Zielposition im Inneren des Organismus. Der Zebrafisch besitzt zwei Gene, die dem ZEB1-Gen ähneln und bei der Gastrulation eine Rolle spielen: zeb1a und zeb1b. Diese Gene haben die Forscher an- und abgeschaltet und die Entwicklung der veränderten Fischembryonen unter dem Mikroskop verfolgt, um der Funktion des Proteins ZEB1 auf den Grund zu gehen.
Die Beobachtungen zeigten, dass Embryonen, die zu viel oder zu wenig von dem Protein ZEB1 besitzen, sich nicht normal entwickeln, da sie die Gastrulationsbewegungen nicht ordnungsgemäß ausführen können. ZEB1 hemmt die Bildung der Bindungsproteine E-Cadherin und Epcam und ermöglicht Zellen, ihre Zellverbände zu verlassen – genau wie Tumorzellen bei der Metastasierung im Menschen. Die Ergebnisse des Projekts zeigen auch, wie im Lauf der Evolution dieselben Mechanismen der Zellwanderung erhalten blieben, sodass es möglich ist, vom Fisch auf den Menschen zu schließen.
Originalveröffentlichung
Corinne Vannier, Kerstin Mock, Thomas Brabletz, and Wolfgang Driever. Zeb1 Regulates E-cadherin and Epcam (Epithelial Cell Adhesion Molecule) Expression to Control Cell Behavior in Early Zebrafish Development. The Journal of Biological Chemistry. 288:18643-18659.
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