Für den Monat Oktober 2018 geht das "Paper of the Month" der Medizinischen Fakultät der WWU Münster an:

Dr. Maja Matis aus dem Institut für Zellbiologie für die Publikation:

Polarized Microtubule Dynamics Directs Cell Mechanics and Coordinates Forces during Epithelial Morphogenesis
BY: Singh, Amrita; Saha, Tanumoy; Begemann, Isabell; et al.
NATURE CELL BIOLOGY  Volume: 20 Issue: 10 Pages: 1126-+; Published: OCT 2018


Zu Hintergrund, Fragestellung und Bedeutung der Publikation:

[Hinweis: Eine ausführliche News zu dieser Studie gibt es hier auf der Website des Exzellenzclusters "Cells in Motion".]

Die genaue Ausformung eines Gewebes erfordert die Anwendung von mechanischen Kräften. Diese Kräfte werden innerhalb von Zellen durch das Zytoskelett erzeugt, und durch Adhäsionsmoleküle zwischen benachbarten Zellen übertragen. Obwohl bereits viele daran beteiligte Proteine und chemische Signalstoffe identifiziert worden sind, ist über die Rolle von Mikrotubuli während der Gewebeentwicklung bisher nur wenig bekannt.

Diese Studie beschreibt ein neues Prinzip zur Kopplung von Einzelzell- und Gewebemechanik. Wir zeigen das einzelne Zellen im Gewebe während der Entwicklung mechanisch autonom agieren. Hierfür richtet jede Zelle das nicht-zentrosomale Mikrotubuli-Zytoskelett entlag einer Achse aus. Diese Struktur ist dann in der Lage Druckkräfte entlang der Polarisationsachse aufzunehmen, wobei ein Verlust dieser Stützfunktion zur Zellverkürzung führt. Um diese auf Mikrotubuli basierenden Kräfte zellübergreifend zu koppeln, verwendet das Gewebe den Ft-PCP Signalweg. Gemeinsam decken diese Ergebnisse auf, wie globale Ft-PCP Signale via Mikrotubuli die Zell- und Gewebemechanik steuern.

Da der Ft-PCP-Signalweg bei vielen Entwicklungsprozessen eine zentrale Rolle spielt, liefern diese Ergebnisse neue Ansätze um solche Erkrankungen in Zukunft besser zu verstehen – zum Beispiel Defekte im Neuralrohrverschluss, sowie gewisse Nierenerkrankungen, und Formen der Taubheit oder Skelettanomalien.

Background and fundamental question of the publication:

The precise sculpting of tissues requires the application of forces generated by the cytoskeleton within cells, and transmission of these forces through adhesion molecules within and between neighboring cells. While many of the proteins and chemical cues that regulate these processes during morphogenesis have been identified, little is known about the role of microtubules during tissue remodeling.

We find that individual cells are mechanically autonomous during early Drosophila wing epithelium development. Each cell contains a polarized non-centrosomal microtubule cytoskeleton that bears compressive forces, whereby acute elimination of microtubule-based forces leads to cell shortening. We further establish that the Fat planar cell polarity (Ft-PCP) signaling pathway couples microtubules at adherens junctions and patterns microtubule-based forces across a tissue via polarized transcellular stability, thus introducing a novel principle to bridge single cell and tissue mechanics. Together, these results provide the physical basis to explain how global patterning of microtubules controls cell mechanics to coordinate collective cell behavior during tissue remodeling.

As the Ft-PCP signalling pathway plays a role in numerous processes during the development of organisms, these results could in future help to learn more about disease caused by mutations in the Ft-PCP signalling pathway – for example, neural tube closure, kidney diseases, deafness and skeletal abnormalities.

Die bisherigen ausgezeichneten "Papers of the Month" finden Sie HIER.