Hautzellen wachsen wie eine Badehaube

Die Ausbreitung von sogenannten Epithelzellschichten ist ein grundlegender Prozess, der sowohl bei der Wundheilung wie auch in der Embryonalentwicklung eine entscheidende Rolle spielt. Das von Carl-Philipp Heisenberg geleitete Forscherteam am Forschungszentrum IST Austria in Maria Gugging, darunter Erstautor Pedro Campinho, Doktorand in der Heisenberg Gruppe, stellt sich in ihren Forschungen der Herausforderung, dass die Zellschichten ihre Oberfläche vergrößern. Sie müssen dabei aber dennoch intakt bleiben. Die Ergebnisse werden in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Cell Biology veröffentlicht.

Um die Ausbreitung von Epithelzellschichten zu erforschen, nutzt Heisenbergs Team eine Phase in der embryonalen Entwicklung von Zebrafischen, die sogenannte Epibolie, während der sich eine dünne Epithelzellschicht innerhalb von nur sechs Stunden über den gesamten kugelförmigen Embryo ausbreitet. Diese schnelle Ausbreitung führt zu einer raschen Vergrößerung der Epitheloberfläche, was die Spannung innerhalb der Zellschicht erhöht, ähnlich einer Badehaube, die man sich über den Kopf zieht.

Mechanische Spannung

Die ForscherInnen entdeckten nun einen neuen Mechanismus für den Abbau dieser aufgestauten Spannung, nämlich die Orientierung der Zellteilung durch mechanische Spannung. Sie zeigen, dass Spannung die Richtung der Zellteilung vorgibt, indem sie Zellen dehnt und die mitotische Spindel – das Kontrollzentrum der Zelle für die Zellteilung – an der Längsachse der Zelle verankert. Wenn dieser Mechanismus der spannungsorientierten Zellteilung defekt ist, erhöht sich die Spannung im Gewebe und die ForscherInnen beobachten eine Verschmelzung von Zellen als alternativen Mechanismus des Spannungsabbaus. Sie folgern daraus, dass die Orientierung der Zellteilung durch Spannung ein Schlüsselmechanismus ist, um die während der Epithelausbreitung entstehende Spannung zu begrenzen, und so die Vollständigkeit des Gewebes während der Ausbreitung sicher zu stellen.