89 research outputs found
Xenopus Teashirt1 regulates posterior identity in brain and cranial neural crest
No full textAbstractWe have isolated two related Xenopus homologues of the homeotic zinc finger protein Teashirt1 (Tsh1), XTsh1a and XTsh1b. While Drosophila teashirt specifies trunk identity in the fly, the developmental relevance of vertebrate Tsh homologues is unknown. XTsh1a/b are expressed in prospective trunk CNS throughout early neurula stages and later in the migrating cranial neural crest (CNC) of the third arch. In postmigratory CNC, XTsh1a/b is uniformly activated in the posterior arches. Gain- and loss-of-function experiments reveal that reduction or increase of XTsh1 levels selectively inhibits specification of the hindbrain and mid/hindbrain boundary in Xenopus embryos. In addition, both overexpression and depletion of XTsh1 interfere with the determination of CNC segment identity. In transplantation assays, ectopic XTsh1a inhibits the routing of posterior, but not of mandibular CNC streams. The loss of function phenotype could be rescued with low amounts either of XTsh1a or murine Tsh3. Our results demonstrate that proper expression of XTsh1 is essential for segmentally restricted gene expression in the posterior brain and CNC and suggest for the first time that teashirt genes act as positional factors also in vertebrate development
Tension monitoring during epithelial-to-mesenchymal transition links the switch of phenotype to expression of moesin and cadherins in NMuMG cells.
No full textStructural alterations during epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) pose a substantial challenge to the mechanical response of cells and are supposed to be key parameters for an increased malignancy during metastasis. Herein, we report that during EMT, apical tension of the epithelial cell line NMuMG is controlled by cell-cell contacts and the architecture of the underlying actin structures reflecting the mechanistic interplay between cellular structure and mechanics. Using force spectroscopy we find that tension in NMuMG cells slightly increases 24 h after EMT induction, whereas upon reaching the final mesenchymal-like state characterized by a complete loss of intercellular junctions and a concerted down-regulation of the adherens junction protein E-cadherin, the overall tension becomes similar to that of solitary adherent cells and fibroblasts. Interestingly, the contribution of the actin cytoskeleton on apical tension increases significantly upon EMT induction, most likely due to the formation of stable and highly contractile stress fibers which dominate the elastic properties of the cells after the transition. The structural alterations lead to the formation of single, highly motile cells rendering apical tension a good indicator for the cellular state during phenotype switching. In summary, our study paves the way towards a more profound understanding of cellular mechanics governing fundamental morphological programs such as the EMT
Podiumsdiskussion: Fritz Haber im Fokus
No full textFritz Haber ist einerseits gefeierter Erfinder des Kunstdüngers, andererseits moralisch verurteilter Wegbereiter von Gas als Massenvernichtungswaffe.
Am 15. Januar 2019 fand eine kritische Würdigung des umstrittenen Chemikers Fritz Haber statt mit einer Podiumsdiskussion.
Mitdiskutiert haben:
Prof. Dr. Bretislav Friedrich, Institut für Molekulare Physik des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft Berlin
Prof. Dr. Thomas Potthast, Sprecher des Internationalen Zentrums für Ethik in den Wissenschaften und Professor für Ethik, Theorie und Geschichte der Biowissenschaften an der Eberhard Karls Universität Tübingen
Prof. Dr. Doris Wedlich, Bereichsleiterin Bereich 1 Biologie, Chemie, Verfahrenstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie
Auf eigenen Wunsch aus der Diskussion rausgeschnitten:
Prof. Dr. Marcus Popplow, Professor für die Geschichte technisch-wissenschaftlicher Zivilisation am Institut für Geschichte und Institut für Technikzukünfte des Karlsruher Instituts für Technologie
Unter der Moderation von:
Prof. Dr. Caroline Y. Robertson-von Trotha (Direktorin des ZAK
Differentielle Immunisierungstechniken als eine Methode um neue Antigene zu entdecken, die mit Tumorprogression und Metastasierung assoziiert sind
No full textCovalent and density-controlled surface immobilization of E-cadherin for adhesion force spectroscopy.
No full textE-cadherin is a key cell-cell adhesion molecule but the impact of receptor density and the precise contribution of individual cadherin ectodomains in promoting cell adhesion are only incompletely understood. Investigating these mechanisms would benefit from artificial adhesion substrates carrying different cadherin ectodomains at defined surface density. We therefore developed a quantitative E-cadherin surface immobilization protocol based on the SNAP-tag technique. Extracellular (EC) fragments of E-cadherin fused to the SNAP-tag were covalently bound to self-assembled monolayers (SAM) of thiols carrying benzylguanine (BG) head groups. The adhesive functionality of the different E-cadherin surfaces was then assessed using cell spreading assays and single-cell (SCSF) and single-molecule (SMSF) force spectroscopy. We demonstrate that an E-cadherin construct containing only the first and second outmost EC domain (E1-2) is not sufficient for mediating cell adhesion and yields only low single cadherin-cadherin adhesion forces. In contrast, a construct containing all five EC domains (E1-5) efficiently promotes cell spreading and generates strong single cadherin and cell adhesion forces. By varying the concentration of BG head groups within the SAM we determined a lateral distance of 5-11 nm for optimal E-cadherin functionality. Integrating the results from SCMS and SMSF experiments furthermore demonstrated that the dissolution of E-cadherin adhesion contacts involves a sequential unbinding of individual cadherin receptors rather than the sudden rupture of larger cadherin receptor clusters. Our method of covalent, oriented and density-controlled E-cadherin immobilization thus provides a novel and versatile platform to study molecular mechanisms underlying cadherin-mediated cell adhesion under defined experimental conditions
Antagonistic regulation of convergent extension movements in Xenopus by Wnt/β-catenin and Wnt/Ca2+ signaling
No full textConvergent extension movements are the main driving force of Xenopus gastrulation. A fine-tuned regulation of cadherin-mediated cell-cell adhesion is thought to be required for this process. Members of the Wnt family of extracellular glycoproteins have been shown to modulate cadherin-mediated cell-cell adhesion, convergent extension movements, and cell differentiation. Here we show that endogenous Wnt/beta -catenin signaling activity is essential for convergent extension movements due to its effect on gene expression rather than on cadherins. Our data also suggest that XLEF-1 rather than XTCF-3 is required for convergent extension movements and that XLEF-1 functions in this context in the Wnt/beta -catenin pathway to regulate Xnr-3. In contrast, activation of the Wnt/Ca2+, pathway blocks convergent extension movements, with potential regulation of the Wnt/beta -catenin pathway at two different levels. PKC, activated by the Wnt/Ca2+ pathway, blocks the Wnt/beta -catenin pathway upstream of beta -catenin and phosphorylates Dishevelled. CamKII, also activated by the Wnt/Ca2+ pathway, inhibits the Wnt/beta -catenin signaling cascade downstream of beta -catenin. Thus, an opposing cross-talk of two distinct Wnt signaling cascades regulates convergent extension movements in Xenopus. (C) 2001 Elsevier Science Ireland Ltd. All rights reserved
Functional Analysis of the Maternal XB/U-Cadherin in the Context of Cell-Cell, Cell-Substrate Adhesion, And Signaling Processes During the Early Embryogenesis of Xenopus laevis
No full textTitel
Inhalt
1 Einleitung 1.1 Die Embryonalentwicklung des Modellorganismus Xenopus laevis
1.2 Zelladhäsion und ihre Bedeutung in der Embryogenese
1.3 Zelladhäsionsmoleküle
1.4 Cadherine
1.5 Dorsoventrale Musterbildung und der Wnt-Signalweg
1.6 Integrine und Zell-Substratadhäsion in Xenopus
1.7 Zielsetzung der Arbeit 2 Material und Methoden 2.1 Material und
Bezugsquellen
2.2 Arbeiten mit Material von Xenopus laevis
2.3 Molekularbiologische Bearbeitung von DNA
2.4 Molekularbiologische Bearbeitung von RNA
2.5 Proteinbiochemische und immunchemische Methoden
2.6 Histologische Techniken 3 Ergebnisse 3.1 Darstellung der Deletionsmutanten
3.2 Translationskontrolle
3.3 Mikroinjektion in Embryonen von Xenopus laevis
3.4 Immunhistologische Befunde
3.5 Whole Mount in Situ Hybridisierung
3.6 Nachweis früher Markergene mittels RT-PCR
3.7 Der wechselseitige Einfluß von Zell- und Substratadhäsion
in der frühen Embryonalentwicklung von Xenopus 4 Diskussion 4.1 Die
Überexpression von XB/UDe349 im dominant negativen Ansatz
4.2 Die Überexpression von XB/UDe349 führt zu drei unterschiedlichen
Phänotypen
4.3 Ein Rescue der Phänotypen ist in verschiedenen Ansätzen
in unterschiedlicher Ausprägung möglich
4.4 XB/U-Cadherin vermittelte Zelladhäsion ist am Community-Effekt beteiligt,
beeinflußt den Wnt-Signalweg und die Expression mesodermaler Markergene
4.5 Die Überexpression von XB/U-Cadherinkonstrukten hat keinen Einfluß
auf die Fibronektinmatrixbildung des Blastocoeldaches in vivo
4.6 XB/UDe349 beeinflußt die activinabhängige Spreitung und Migration,
nicht aber die Adhärenz animaler Kappenzellen 5 Zusammenfassung
6 Literaturverzeichnis
AnhangUnter den in Xenopus bekannten Cadherinen kann den maternalen Cadherinen XB/U-
und EP/C-Cadherin besondere Bedeutung zugemessen werden. Beide liegen
koexprimiert im Embryo vor und stellen die Voraussetzung für die Integrität
der Blastula dar. Neben dieser mechanischen Funktion der Zelladhäsion wird
eine Cadherinbeteiligung auch vor dem Hintergrund Wnt-abhängiger
Signaltransduktion im Kontext der dorsoventralen Spezifizierung des Mesoderms
diskutiert. Inwieweit sich bisher gemachte Beobachtungen neben einem Eingriff
des Cadherinsystems auf Wnt-abhängige Signaltransduktion allein durch die
artifiziell induzierbare Depletion des gemeinsamen Mediators β-Catenin
erklären lassen, oder ob cadherinvermittelte Zelladhäsion per se diese
Differenzierungsvorgänge mit zu beeinflussen vermag, ist Gegenstand
kontroverser Diskussion und sollte in dieser Arbeit näher untersucht werden.
Zu diesem Zweck wurden mehrere extrazellulär deletierte Mutanten des zu diesem
Zeitpunkt im Embryo exprimierten XB/U-Cadherins erstellt. Von diesen wurde die
Mutante XB/UΔe349, deren extrazelluläre Calciumbindungsdomänen unter Erhalt
des Signalpeptids deletiert vorliegen, zur näheren Funktionsuntersuchung des
Cadherinsystems herangezogen. Die so verlorengegangene Typspezifität erlaubte
im dominant negativen Pancadherinansatz Aussagen über die Funktion beider
vorhandener maternalen Cadherine. Mittels Immunfluoreszenz konnte die
membranständige Expression Cadherinkonstrukte überexprimierender Zellen der
dorsalen Marginalzone histologisch gezeigt werden. Die dorsal marginale
Überexpression von XB/UΔe349 in Xenopus-Vierzellstadien resultierte im
Schwanzknospenstadium in drei unterscheidbaren Phänotypen. Zwei dieser
Phänotypen werden ebenfalls nach Überexpression cytoplasmatisch deletierten
XB/U-Cadherins post MBT gefunden und konnten unhabhängig von Signalprozessen
daher als rein adhäsiver Effekt auf den Vorgang der konvergenten Extension mit
resultierender Fehlwanderung des Mesoderms während der Gastrulation bezogen
werden. Zusätzlich konnte in dieser Arbeit ein weiterer Phänotyp mit stark
reduzierter oder fehlender Achsenausbildung identifiziert werden, der
ebenfalls nach β-Catenin antisense Oligidesoxynukleotid Knockout-Experimenten
beschrieben und auf eine Depletion von β-Catenin aus dem Wnt-Signalweg
zurückgeführt wird. Unterstreichen diese Ergebnisse für sich lediglich die
unterschiedliche Funktionalität der verwendeten Cadherinmutante, so konnte in
dieser Arbeit anhand von Rescueexperimenten die Bedeutung cadherinvermittelter
Zelladhäsion im Sinne des postulierten Community-Effektes für die Ausbildung
der Dorsoventralachse des Embryos unterstrichen werden: Selbst eine Erhöhung
putativer β-Cateninbindungsstellen führte im Koexpressionsansatz mit dem
Wildtypkonstrukt von XB/U-Cadherin offenbar durch Wiederherstellung der
Zelladhäsion nicht zu einer Verstärkung, sondern zu einem Rescue der
Achsendefizienz. Die Wiederherstellung der Adhäsion konnte dabei histologisch
gezeigt werden. Vergleichende Koexpression von XB/UΔe349 mit β-Catenin oder
Plakoglobin lassen für Plakoglobin weniger eine Mediatorfunktion des Wnt-
Signalweges als vielmehr zelladhäsiver Prozesse vermuten. β-Catenin und
Plakoglobin könnten daher hinsichtlich Adhäsions- und Signalfunktion in vivo
nicht redundant sein. Anhand von Whole Mount in situ Hybridisierungen von
Embryonen nach Überexpression von XB/U-Cadherinkonstrukten wurde der Einfluß
auf die Genexpression mesodermaler Marker untersucht. Der beobachtete Effekt
auf die phänotypische Ausprägung unter Verlust dorsaler Strukturen konnte auf
molekularer Ebene bestätigt werden. Es konnte gezeigt werden, daß die Störung
des Cadherinsystems zum Zeitpunkt und am Ort der Spezifizierung dorsalen
Mesoderms im Embryo mit einer Störung der für die Regulierung des dorsalen
Schicksals essentiellenen Genexpression diffusibler und DNA-bindender Proteine
einhergeht. Eine Erklärung durch β-Catenindepletion reicht hier nicht aus.
Vielmehr scheint die Integrität des Gewebes für den Empfang und Erhalt des
einzelnen Signals eine Rolle zu spielen. Daß cadherinvermittelte Zelladhäsion
der dorsalen Marginalzone dabei auch indirekte Auswirkungen auf die Expression
ventraler Markergene haben, wurde anhand von Rescueexperimenten mit β-Catenin
und BMP-4 bestätigt. Entgegen bereits beschriebener Wnt-abhängiger Regulation
der Fibronektinexpression konnte in vivo ein Zusammenhang zwischen
Cadherinexpression und der Ausbildung der fibrillären Fibronektinmatrix des
Blastocoeldaches nicht festgestellt werden. Im animalen Kappenassay konnte
gezeigt werden, daß die Störung des Cadherinsystems mit einer Verminderung
activinabhängiger Erkennung des Fibronektin-Synergieepitopes durch
Integrinrezeptoren einhergeht. Der Mechanismus ist unklar; die Ergebnisse
weisen aber auch hier auf eine Beteilgigung der cadherinbedingten Integrität
des Gewebes im Sinne des Community-Effektes hin.Among the Xenopus cadherins the maternal XB/U- and EP/C-cadherin have
extraordinary significance. Both are coexpressed in the embryo and are a
prerequisite for the integrity of the blastula. Beside their mechanical
function in cell-cell adhesion, cadherins are discussed in terms of Wnt
dependent signal transduction in the context of dorsoventral specification of
the mesoderm. Wether the influence of the cadherin system on Wnt dependent
signal transduction observed as it has beenobserved so far, is simply caused
by an artifically induced depletion of the common mediator β-catenin from the
Wnt-cascade or is additionally influenced by cadherin mediated cell-cell
adhesion in vivo, has been controversely discussed. The constructed
extracellularly deleted mutant of XB/U cadherin, XB/UΔe349, lacks all
extracellular calcium binding domains, including the disfunction of the HAV
domain, but still contains the signal peptide. This mutant was used for
functional analysis of maternal cadherins during Xenopus mesoderm
specification by dominant negative overexpression of transcripts in a
pancadherin manner. The expression of all cadherin constructs in the membrane
of overexpressing cells were shown by immunfluorescent staining of
histologically sectioned Xenopus dorsal marginal zones. The dorsal marginal
overexpression of XB/U-cadherin RNA into Xenopus 4 cell stage embryos lead to
three different phenotypes in tadpole stages. Two of those, type I and type
II, have previously been identified in embryos overexpressing the
cytoplasmically deleted mutant XB/UΔc38 after MBT under the control of the
CMV-promoter. It was previously shown that those phenotypes developed due to
disturbed adhesion processes affecting convergent extension, leading to a
misdirection of mesoderm during the gastrulation process. In the work
presented here, an additional phenotype III was observed, with strongly
reduced or even lacking axial structures. This phenotype was also reported
after b-catenin antisense oligodesoxynucleotid knockout experiments and
therefore is thought to be a consequence of depleting b-catenin from the Wnt-
signaling pathway. However, although overexpressing different cadherin mutants
only underline the diverse functions of their wild type domains, the rescue
experiments presented here emphasize the necessity of cadherin mediated cell
adhesion for signaling events, leading to dorsoventral axis formation in
Xenopus. Coexpression of XB/UΔe349 with XB/UWt not only restored cell
adhesion, but also dramatically reduced axis deficiency, although providing
additional β-catenin binding sites. Coexpression of XB/UΔe349 with β-catenin
or plakoglobin suggest a main function in cell adhesion processes of
plakoglobin, rather than being a mediator of the Wnt signaling cascade like
its homolog β-catenin. Therefore β-catenin and plakoglobin should not be
redundant in the respect of adhesion and signaling functions. The effects of
overexpressing cadherin constructs on mesodermal marker gene expression was
investigated by whole mount in situ hybridization. The observed loss of dorsal
structures was confirmed on the molecular level. It was shown that a
disturbance of the cadherin system at the time and place of the dorsal
mesoderm specification interferes with gene expression of diffusible and DNA
binding proteins, essential for regulating the dorsal fate of the embryo. This
can not sufficiently be explained by β-catenin depletion. Rather, the tissue
integrity itself seems to play an important role in recieving and maintainig
those signals. Rescue experiments using β-catenin and BMP-4 also confirmed an
indirect effect of cadherin mediated cell adhesion of the dorsal marginal zone
on the expression of ventral marker genes. Contrary to the described Wnt-
dependent regulation of fibronectin expression, a connection of cadherin
expression and fibronectin matrix assembly could not be shown. In animal cap
assays the disturbance of the cadherin system lead to a reduced activin
dependent recognition of the fibronectin synergy site by integrin receptors.
The underlying mechanism remains unclear. However, the results point to a
participation of cadherin dependent tissue integrity and the community effect
PCR-based RNA probes, a quick and sensitive method to improve whole mount embryo in situ hybridization
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