Molecular Mechanisms Controlling Guided Germ Cell Migration in Zebrafish

Abstract

Die Vorläuferzellen von Ei- und Spermazellen, die primordialen Keimzellen (PGCs), wandern während der Embryonalentwicklung des Zebrafisches durch den sich entwickelnden Embryo zu den sich entwickelnden Gonaden. Die Wanderung dieser Zellen wird durch den Chemokinliganden CXCL12a und dessen Rezeptor CXCR4b gesteuert. Dynamische Expressionsmuster von cxcl12a formen einen chemotaktischen Pfad, und Keimzellen bleiben stets in unmittelbarer Nähe zu den Chemokin-sekretierenden Zellen. Dies weist darauf hin, dass die Proteinkonzentration nahe den produzierenden Zellen am höchsten ist, jedoch sind die molekularen Mechanismen die die Verteilung des Liganden regulieren wenig erforscht. Diese Arbeit zeigt, dass die Aktivität eines zweiten CXCL12a-Rezeptors, genannt CXCR7, für die korrekte Wanderung der PGCs von äußerster Wichtigkeit ist. Es wird gezeigt, dass CXCR7 weitestgehend nicht in den wandernden PGCs, sondern in somatischen Zellen exprimiert wird. Nach Verlust der CXCR7-Aktivität weisen PGCs einen Phänotyp auf der auf eine fehlerhafte Ausbildung des chemotaktischen Gradienten von CXCL12a hinweist die Zellen verlieren die Fähigkeit sich zu ihren Zielzellen auszurichten und dorthin zu wandern. In der Tat weisen CXCR7-exprimierende Zellen eine erhöhte Aufnahme des Chemokins auf, was darauf hinweist das CXCR7 als eine molekulare Falle für CXCL12a fungiert und somit es ermöglicht dass die dynamischen Veränderungen der Transkription von cxcl12a sich auch in der Verteilung des Proteins widerspiegeln kann. Während der Embryonalentwicklung wird zusätzlich zu der Steuerung durch CXCL12a ein weiterer CXCL12-Paralog exprimiert, genannt CXCL12b. Dieses Chemokin wird nicht für die Steuerung der Keimzellen zu den Gonaden benötigt, dennoch kann es die Wanderung von PGCs in vivo steuern. Obwohl cxcl12a und cxcl12b zeitgleich während der Wanderung der PGCs exprimiert werden, wird die Expression von cxcl12b von den Keimzellen ignoriert so lange CXCL12a hergestellt wird. Diese Arbeit untersucht, wie Keimzellen zwischen diesen sehr ähnlichen Liganden unterscheiden können, und identifiziert eine Aminosäure in der 30 s-Region des Chemokins welches für die unterschiedliche Aktivität der beiden Ligand verantwortlich ist. Zu diesem Zweck wird die rekombinante Herstellung dieser Proteine etabliert und Proteinstruktur, Rezeptorbindung in vivo, und die Affinität zu Glykosaminoglykanen in vitro bestimmt. Obwohl noch nicht vollendet, weisen die Experimente darauf hin, dass die identifizierte Aminosäure in Rezeptorbindung und aktivierung involviert ist, wogegen die Bindung zu Glykosaminoglykanen nicht beeinflusst wird.