Tissue separation in Hydra: Involvement of a Rho dependent pathway and the organization of actomyosin complexes during final bud detachment

Die Gewebetrennung ist ein wesentlicher Bestandteil während der Embryonalentwicklung. Der zugrundeliegende Mechanismus ist hoch konserviert und wird meistens durch apikale Konstriktion von Zellen kontrolliert. Dies erfordert eine Reorganisation des Aktin-Zytoskeletts und die asymmetrische Ansammlung kortikaler Aktomyosin-Komplexe. Diese Actomyosin-Komplexe sind für die Veränderungen der Zellform, Morphogenese, Grenzbildung und Gewebetrennung essentiell. Bei intakten Hydren lässt sich Morphogenese besonders gut während des asexuellen Knospungsprozesses untersuchen. Dabei sind mehrere Rezeptor-Systeme beteiligt, wobei ein FGFR Signalweg die Knospenablösung von Hydra steuert, indem sich intakte Epithelien ohne Wunde voneinander trennen. Dieser morphogenetische Prozess wird dabei durch bifunktionale Epithelmuskelzellen reguliert, welche zum einen die Bewegung sowie morphogenetische Prozesse sicherstellen. Das Wissen über intrazelluläre Signalwege, welche diese Prozesse in Hydra regulieren, ist begrenzt und deren Aufklärung ist das Hauptthema meiner Arbeit. Im Rahmen der hier vorliegenden Arbeit konnte ein Kandidatensignalweg durch Rho, ROCK und Myosin II identifiziert werden, welcher die Konstriktion an der Knospenbasis und letztendlich die Knospenablösung steuert. Die Genexpressionsanalyse bestätigt, dass Kandidatengene eines FGFR gekoppelten Signalwegs in überlappenden Regionen exprimiert werden, die morphogenetischen Veränderungen unterliegen. Darüber hinaus verhindert eine pharmakologische Inhibition aller Komponenten des Signalwegs jeweils die Knospenablösung und führt zu stabilen, nicht ablösenden Y-förmigen Phänotypen. Mit der Knospenablösung geht eine starke Akkumulation von F-Aktin in den sich verengenden Zellen an der Knospenbasis einher, die dynamisch ihre Zellform ändern. Parallel wird die regulatorische leichte Kette von Myosin (MLC) an der späten Knospenbasis phosphoryliert (pMLC20). Das MLC-Signal konnte durch Genexpressionsdaten und Antikörperfärbung in allen morphogenetisch aktiven Regionen nachgewiesen werden. Der pMLC20-Antikörper zeigte das phosphorylierte Protein in den basalen kontraktilen Fortsätzen von ektodermalen Epithelmuskelzellen, welche die Körperbewegung sowie die späte, für die Ablösung essentielle Konstriktion an der Knospenbasis steuern. Hier wurde pMLC20 in den apikalen und basolateralen Zellkompartimenten einer kleinen Zellpopulation nachgewiesen. Die pharmakologische Hemmung zeigte, dass die MLC-Phosphorylierung bei Bewegungsvorgängen und Morphogenese getrennt voneinander über mindestens zwei unabhängige Wege erfolgt. Während der Kontraktion der basalen Zellfortsätze (Bewegung) wird MLC primär durch Myosin Light Chain Kinase (MLCK) phosphoryliert. Im Gegensatz dazu wird die apikale und kortikale MLC-Phosphorylierung bei der Morphogenese in den sich verengenden Zellen an der Knospenbasis über einen Rho - ROCK - Myosin II Weg stimuliert. Die vorliegenden Daten ergeben ein neues, komplexes Bild der Funktion von Epithelmuskelzellen mit Rho-abhängiger Phosphorylierung von MLC bei der Knospenmorphogenese und Sicherung der normalen basalen Kontraktilität von ektodermalen Epithelmuskelzellen während der Körperbewegung über MLCK.