Analyzing PTK7/RACK1 interaction in neural morphogenesis

Abstract

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 PKC1 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.