Forscher der Universität Exeter im Vereinigten Königreich haben komplizierte Mechanismen des Ligand-Rezeptor-Komplextransports über spezielle Vorsprünge entdeckt, die Signalkomponenten zwischen Zellen transportieren, und damit das herkömmliche Verständnis der Zellreaktivität, die ausschließlich auf der Rezeptorexpression basiert, in Frage gestellt.
In ihrer Arbeit „Cytoneme-mediated transport of active Wnt5b–Ror2 complexes in zebrafish“ veröffentlicht In NaturDas Team untersuchte die Mechanismen hinter der Zellkommunikation im Embryo und konzentrierte sich dabei insbesondere auf die Rolle der chemischen Signalübertragung über den Wnt-planaren Zellpolaritätsweg im Zebrafisch.
A Forschungsbriefing Das in derselben Zeitschriftenausgabe veröffentlichte Buch fasst die Worte von Chengting Zhang und Kollegen zusammen.
Die zelluläre Kommunikation in der Embryonalentwicklung erfolgt hauptsächlich über chemische Signale, bei denen von signalproduzierenden Zellen freigesetzte Liganden mit Rezeptoren auf Zielzellen interagieren. Im Zebrafischembryo bindet Wnt5b an den Rezeptor Ror2, um den Wnt-Planar-Cell-Polarity-Signalweg (PCP) auszulösen und so die Gewebepolarität und Zellmigration zu regulieren.
Mithilfe der Fluoreszenzmarkierung fanden die Forscher Hinweise darauf, dass Wnt5b und Ror2 in produzierenden Zellen aktive Komplexe bilden und über Zytoneme auf benachbarte Zellen übertragen werden. Zytoneme sind röhrenförmige oder tubulovesikuläre zelluläre Filopodienstrukturen, die an mehreren Zellfunktionen beteiligt sind. Sie fungieren als eine Art Sonde oder Transportkorridor, der über den Zellrand hinausreicht, um mit anderen Zellen zu interagieren.
Die vom Zytonem transportierten Komplexe behielten ihre Funktionalität bei und aktivierten die Wnt-PCP-Signalübertragung in empfangenden Zellen, auch wenn ihnen funktionsfähige Ror2-Rezeptoren fehlen. Die Ergebnisse stellen die herkömmliche Sichtweise der Gewebereaktivität, die ausschließlich auf der Rezeptorexpression basiert, in Frage und führen die Zytonem-vermittelte Übertragung von Signalkomplexen zwischen Zellen als neu entdeckte Methode der interzellulären Kommunikation ein.
Die Experimente umfassten Zebrafische ohne Ror1 oder Ror2 sowie Doppelmutanten, um die Rolle dieser Rezeptoren zu verstehen. Die Signalübertragung des Wnt5b-Ror2-Proteins in den Senderzellen beeinflusste die Zytonembildung, was zu weniger, aber längeren tubulovesikulären Strukturen führte.
Die Studie zeigte, dass über Zytoneme transportierte Wnt5b-Ror2-Komplexe ihre Aktivität in Zielzellen beibehielten und die interzelluläre Signalaktivität der Empfängerzelle aktivierten. Die Zytonem-vermittelte Signalproteinverbreitung beeinflusste Konvergenz, Extension und Genexpression während der frühen Entwicklungsstadien des Zebrafisches.
Die Entdeckung eines neuartigen Zell-Zell-Kommunikationsmechanismus in der Embryogenese könnte erhebliche klinische Relevanz für die menschliche Embryogenese, die pränatale Entwicklung und Krankheitszustände, angeborene Behinderungen und die interzelluläre Kommunikation in Krebszellen haben.
Weitere Forschung ist erforderlich, um eine solch außergewöhnliche Entdeckung zu reproduzieren und zu verifizieren. Über die Replikation der Ergebnisse hinaus impliziert die Studie andere Mechanismen außerhalb des Rahmens des experimentellen Schwerpunkts der Studie, beispielsweise eine molekulare Signalmethode zur Aufnahme eines vom Zytonem gelieferten Proteins oder den Katalysator zur Erzeugung längerer Zytoneme. Wenn dies bestätigt wird, wird auch ein enormer Forschungsaufwand zu den möglichen Auswirkungen dieser bisher unbekannten Fähigkeit zur zellulären Signalweitergabe auf die bisherige Forschung erforderlich sein.
Mehr Informationen:
Chengting Zhang et al., Cytonem-vermittelter Transport aktiver Wnt5b-Ror2-Komplexe im Zebrafisch, Natur (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06850-7
Zebrafisch-Embryozellen benötigen keine Rezeptoren, um Signale aus der Ferne zu empfangen. Natur (2023). DOI: 10.1038/d41586-023-03659-2
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