Analyzing PTK7/RACK1 interaction in neural morphogenesis
Die Analyse der PTK7/RACK1-Interaktion während der neuronalen Morphogenese
von Peter Wehner
Datum der mündl. Prüfung:2012-05-30
Erschienen:2012-08-01
Betreuer:Prof. Dr. Annette Borchers
Gutachter:Prof. Dr. Annette Borchers
Gutachter:Prof. Dr. Andreas Wodarz
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Zusammenfassung
Englisch
One of the most critical events during embryonic development is the formation of the nervous system. This process requires morphogenetic movements like the formation of the neural tube and the migration of neural crest cells. Failure of these cell movements results in severe phenotypes like open neural tubes and neurocristopathies. Currently the understandings of the signaling mechanisms controlling neural morphogenesis are limited. One set of genes that is known to affect neural tube closure and neural crest migration are regulators of planar cell polarity (PCP). Protein tyrosine kinase 7 (PTK7) is a regulator of planar cell polarity that is required for neural crest cell migration and neural tube closure. Analyzing the signaling mechanism of PTK7, it was found that PTK7 interacts with RACK1 (receptor of activated protein kinase C 1). In the following work the in vivo function of the PTK7/RACK1 interaction was analyzed in neural tube closure and neural crest migration. Like PTK7, RACK1 is required for Xenopus neural convergent extension, a cell movement crucial for neural tube closure. Furthermore, RACK1 loss-of-function leads to similar neural crest migration defects as PTK7 loss-of-function. On a molecular level, PTK7 recruits RACK1 to the plasma membrane and is required for the PTK7-mediated membrane localization of DSH in ectodermal explants. RACK1 facilitates the PTK7-DSH interaction by recruiting PKC1, a known effector of DSH membrane translocation and convergent extension movements. These data place RACK1 in a novel signaling cascade that translocates DSH to the plasma membrane and regulates vertebrate neural morphogenesis movements. Interestingly, RACK1 and PTK7 also co-localize in migrating neural crest cells at cell-cell contact sides suggesting that the PTK7/RACK1 interaction also plays a role for neural crest migration. Furthermore, life-cell imaging shows a dynamic localization of PTK7 during neural crest migration. PTK7 was enriched at distinct membrane sections during collective cell migration. Moreover, PTK7 accumulates at cell-cell contacts during the process of contact inhibition of locomotion (CIL) in single migrating cells. Loss-of-function data support the notion that PTK7 but not RACK1 is required for CIL. This suggests that PTK7 may mediate CIL via a RACK1-independent mechanism. In summary this work presents new evidences for the important role of RACK1 and PTK7 in the regulation of neural morphogenesis movements.
Keywords: Xenopus; PTK7; RACK1; neural crest migration; CIL
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Einer der kritischsten Momente während der
Embryonalentwicklung ist die Ausbildung des Nervensystems. Dieser
Prozess erfordert morphologische Zellbewegungen, unter anderem für
die Ausbildung des Neuralrohrs und die Zellmigration der
Neuralleistenzellen. Eine Störung der Zellbewegungen führt zu
Missbildungen, wie zum Beispiel zu einem offenen Neuralrohr oder zu
Neurochristopathie. Bisher ist nur wenig über den zu Grunde
liegenden Signalmechanismus der neuronalen Morphogenese bekannt.
Einige Gene, von denen man weiß, dass sie auf den Neuralrohrschluss
und die Zellmigration der Neuralleistenzellen Auswirkungen haben,
kodieren auch für wichtige Regulatoren der planaren Zellpolarität.
Die Protein-Tyrosin-Kinase 7 (PTK7) ist ein solcher Regulator und
wird auch für den Neuralrohrschluss und die Zellmigration der
Neuralleistenzellen benötigt. Die Analyse des PTK7-Signalweges
zeigt, dass dieses Protein mit einem zweiten Protein namens RACK1
(receptor of activated protein kinase C 1) interagiert. In der
vorliegenden Arbeit wurde die Funktion der PTK7/RACK1-Interaktion
während des Neuralrohrschlusses und der Zellmigration der
Neuralleistenzellen analysiert. Dabei zeigt sich, dass RACK1,
ähnlich wie PTK7, für neurale, konvergente Extensionsbewegungen in
Xenopus benötigt wird, welche für den Schluss des Neuralrohrs
essentiell sind. Darüber hinaus führt der Funktionsverlust von
RACK1, vergleichbar dem von PTK7, zu einer fehlerhaften
Zellmigration der Neuralleistenzellen. Auf molekularer Ebene zeigt
sich, dass PTK7 RACK1 an die Plasmamembran rekrutiert und darüber
hinaus für die PTK7-vermittelte Membranlokalisierung von DSH in
endodermalen animalen Kappen-Zellen benötigt wird. RACK1 vermittelt
die PTK7/DSH Interaktion, indem es PKC1 rekrutiert, ein Protein
von dem man weiß, dass es ebenfalls in der Lage ist DSH an die
Membran zu lokalisieren und konvergente Zellwachstumsbewegungen zu
regulieren. Die Daten dieser Arbeit zeigen, dass RACK1 Teil einer
neuen Signalkaskade ist, die DSH an die Membran rekrutiert und die
Neuralleisten-Zellmigration in Vertebraten reguliert.
Interessanterweise kolokalisieren RACK1 und PTK7 an den
Zell-Zell-Kontakten migrierender Neuralleistenzellen, was darauf
hinweist, dass die Interaktion zwischen beiden Proteinen
möglicherweise eine Funktion während der
Neuralleisten-Zellmigration ausübt. Des Weiteren zeigen
Echtzeitaufnahmen migrierender Neuralleistenzellen eine dynamische
Lokalisierung von PTK7. Das Protein akkumuliert während der
Zellmigration von Neuralleistenzellverbänden an bestimmten
Abschnitten der Zellmembran. Diese Anreicherung an
Zell-Zell-Kontakten wurde auch während einer spezifischen
Zellbewegung (Richtungsänderung der Migration nach
Zell-Zell-Kontakt) bei einzelnen migrierenden Neuralleistenzellen
beobachtet. Die Repression der Genexpression von RACK1 und PTK7
zeigt, dass mit aller Wahrscheinlichkeit PTK7, aber nicht RACK1,
für diese Zellbewegungsreaktion benötigt wird. Das führt zu der
Annahme, dass PTK7 diese Zellbewegung über einen von RACK1
unabhängigen Mechanismus reguliert. Zusammenfassend wurden in
dieser Arbeit neue Beweise präsentiert, die auf eine maßgebliche
Rolle von RACK1 und PTK7 bei der Regulation von Zell-Bewegungen
während der neuralen Morphogenese sprechen.
Schlagwörter: Xenopus; PTK7; RACK1; migration; Neuralleistenzellen