Diversin kontrolliert Zellmigrationsprozesse während der Gastrulation und Herzentwicklung in Vertebraten

Abstract

Kanonische und Nicht-kanonische Wnt-Signalwege kontrollieren entscheidende Prozesse in der Entwicklung von Vertebraten und Invertebraten. Die Übersetzung einzelner Wnt-Signale in Kanonische und Nicht-kanonische Antworten wird durch spezifische Wnt-Liganden und intrazelluläre Schaltermoleküle vermittelt. Eines dieser Schaltermoleküle in Vertebraten ist das Ankyrin-Repeat-Protein Diversin, das in unserer Arbeitsgruppe als neuer Interaktionspartner des Gerüstproteins Axin/Conductin identifiziert wurde. Während seine Funktion als negativer Regulator des Wnt/-Catenin-Signalweges bereits charakterisiert ist, blieb der Mechanismus als Aktivator der Nicht-kanonischen Wnt/JNK- Signalkaskade weitestgehend unverstanden. In Drosophila existiert ein potentielles Ortholog von Diversin, Diego, das Planare Zellpolarität über c-Jun N-terminale Kinase (JNK), d.h. den Nicht-kanonischen Wnt-Signalweg, kontrolliert. Im Rahmen dieser Arbeit habe ich die Funktion von Diversin im Nicht-kanonischen Wnt-Signalweg in Vertebraten untersucht. Ich konnte die Signalwege identifizieren, durch die Diversin Zellmigrationsprozesse in Zebrafisch-Embryonen kontrolliert, die für die Bildung der anterio-posterioren Körperachse und für die Herzentwicklung essentiell sind. Meine Ergebnisse zeigen, dass in Zebrafisch-Embryonen und in Säugetierzellen (SW480, HEK293) Diversin essentieller Bestandteil einer Wnt5a- und Wnt11-initiierten Signalkaskade ist, die zur Aktivierung der Effektormoleküle JNK und der kleinen GTPasen Rac1 und RhoA führt. Für die Funktion von Diversin in diesem Signalweg sind dessen Ankyrin-Repeats unabdingbar. Als neuen Interaktionspartner von Diversin im Nicht-kanonischen Wnt-Signalweg konnte ich das Multiadapter-Protein Dishevelled identifizieren, das als erster intrazellulärer Verzweigungspunkt im Wnt-Signalweg betrachtet wird. Eine Punktmutation (K446M) in der DEP-Domäne von Dishevelled, die analog zur klassischen Dishevelled1-Mutation in Drosophila ist, verhindert die funktionale Interaktion mit der Ankyrin-Repeat-Domäne von Diversin. Meine Experimente zeigten, dass diese Interaktion für Nicht-kanonische Wnt- Signaltransduktion in Zebrafisch-Embryonen und Säugetierzellen essentiell ist. Ein Vergleich der Funktion von Diversin mit dessen Drosophila-Homolog Diego ergab, dass Diversin mit dem Signalweg interferieren kann, der Planare Zellpolarität in Drosophila etabliert. Zusammengefasst konnte ich in dieser Arbeit zeigen, dass die Interaktion zwischen Diversin und Dishevelled für die Regulation des Nicht-kanonischen Wnt-Signalweges, der Zellmigrationsprozesse während der Gastrulation und Herzentwicklung in Zebrafisch-Embryonen kontrolliert, essentiell ist.

Canonical and non-canonical Wnt signaling regulate crucial events in the development of vertebrates and invertebrates. In this work I show that vertebrate Diversin, a potential orthologue of Drosophila Diego, controls fusion of heart precursors and gastrulation movements in zebrafish embryogenesis. These events are regulated by non-canonical Wnt signaling, which is independent of β-catenin. I found that Diversin directly interacts with Dishevelled, and that this interaction is necessary and sufficient to mediate signals of the non-canonical Wnt pathway to downstream effectors like Rho family GTPases and Jun N-terminal kinase. The ankyrin repeats of Diversin are required for the interaction with Dishevelled, for the activation of non- canonical Wnt signaling and for the biological responses. The mutation K446M in the DEP domain of vertebrate Dishevelled, which mimics a classical Drosophila loss of function mutation, prevents functional interaction with Diversin s ankyrin repeats. Diversin also affects planar cell polarity in Drosophila, which is controlled by the non-canonical Wnt signaling pathway. The data thus demonstrate that Diversin and Dishevelled function together in a mutually dependent fashion in zebrafish gastrulation and organ formation.