Cortical actomyosin network organization in epithelial cells

Published: June 5, 2014, 11 a.m.

b'Epithelzellen, die Modell-Zelllinien dieser Dissertation, sind f\\xfcr die Aufteilung und Abtrennung verschiedener Kompartimente eines Organismus zust\\xe4ndig, indem sie sich zu Grenzfl\\xe4chen zusammenschliessen, welche h\\xe4ufig hohen physikalischen Spannungen und Kr\\xe4ften\\nausgesetzt sind. Um diese physikalischen Kr\\xe4fte zu verarbeiten oder sie selbst zu produzieren,\\nverwenden Epithelzellen, wie alle anderen Zelltypen auch, das Zytoskelett, das sich im Allgemeinen aus den Komponenten Mikrotubuli, Intermedi\\xe4r-Filamenten und Aktin sowie den\\ndamit korrespondierenden Motorproteinen Dynein, Kinesin sowie Myosin zusammensetzt.\\n\\nIn dieser Dissertation wird das Zusammenspiel von Aktin und Myosin auf der apikalen Seite\\nvon Epithelzellen untersucht. Im Falle von konfluenten Zellen mit vollst\\xe4ndig ausgebildeten Zell-Zell-Kontakten sind auf der apikalen Seite der Zellen Mikrovilli zu finden, kleine, mit Aktin-B\\xfcndeln gef\\xfcllte Ausst\\xfclpungen aus der Zelloberfl\\xe4che, welche f\\xfcr die optimierte Nahrungsaufnahme sowie als Antennen f\\xfcr Signalverarbeitung zust\\xe4ndig sind. Im Zuge der\\nArbeit konnten wir feststellen, dass sich der Aktin-Myosin-Aufbau auf der apikalen Seite\\nvon Einzelzellen ohne Zell-Zell-Kontakte, sogenannten nicht-konfluenten Zellen, grunds\\xe4tzlich \\xe4ndert. Mittels Fluoreszenz-Mikroskopie und anderen experimentellen Methoden zeigen wir, dass zwar \\xe4hnliche Ausst\\xfclpungen auf der apikalen Oberfl\\xe4che von Einzelzellen zu finden, diese jedoch h\\xe4ufig verl\\xe4ngert, gebogen, hoch-dynamisch und oft parallel zur Zellmembran\\norientiert sind. Wir zeigen mittels molekularbiologischer Methoden, dass ein zus\\xe4tzliches, innerhalb der apikalen Zellmembran liegendes isotropes Akto-Myosin-Netzwerk f\\xfcr die dynamische Reorganisation der Mikrovilli-Ausst\\xfclpungen verantwortlich ist.\\n\\nDer Identifzierung des isotropen Akto-Myosin-Netzwerkes, welches eine der Hauptaussagen\\ndieser Dissertation ist, wird eine detaillierte Analyse der dynamischen Netzwerkreorganisation\\nangef\\xfcgt, die mittels temporaler und \\xf6rtlicher Bild-Korrelationsanalysen charakteristische\\nZeiten und L\\xe4ngen der Dynamik definiert. Des Weiteren entwickeln wir mehrere Bild-\\nAnalyseverfahren, allen voran die Methode der iterativen temporalen Bildkorellation sowie des\\noptischen Flusses, wodurch wir eine Oszillation der Netzwerk-Reorganisationsgeschwindigkeit\\nidentifizieren und parametrisieren k\\xf6nnen. Verschiedene, auf Fluoreszenzmikroskopie und automatisierter optischer Fluss-Bildanalyse basierende Experimente geben Hinweise auf zwei\\nm\\xf6gliche Erkl\\xe4rungen f\\xfcr die identifizierten Oszillationen. Sowohl Myosin aktivit\\xe4tsregulierende Proteine als auch spontan auftretende Spannungsfluktuationen im unter Zugspannung liegenden Netzwerk k\\xf6nnen m\\xf6gliche Ursachen f\\xfcr die identifizierten Netzwerkoszillationen sein. Obwohl eine eindeutige zellul\\xe4re Funktion des apikalen Akto-Myosin-Netzwerkes im Rahmen dieser Doktorarbeit noch nicht identifiziert werden konnte, so k\\xf6nnen wir aufgrund von verschiedenen Resultaten dennoch postulieren, dass das hier identifizierte Netzwerk eine entscheidende Rolle bei der Zellmigration und Signaltransduktion einnimmt. Unabh\\xe4ngig davon repr\\xe4sentiert das hier gefundene Netzwerk die faszinierende M\\xf6glichkeit, ein aktives, zweidimensionales Akto-Myosin-Netzwerk nicht nur in vitro, sondern in seiner nat\\xfcrlichen Umgebung studieren und biophysikalische Eigenschaften analysieren zu k\\xf6nnen.'