Damit Blut den Körper versorgen kann, müssen sich Milliarden von Zellen zu einem weit verzweigten Gefässnetz organisieren. Entscheidend für die Bildung neuer Blutgefässe ist dabei die Entstehung durchgehender Hohlräume (Lumina), durch die später das Blut fliessen kann. Wie die Blutgefässzellen dabei ihre Form verändern und sich präzise anordnen, war bisher nur teilweise verstanden.
Ein Forschungsteam des Biozentrums hat diesen Prozess nun mithilfe hochauflösender Mikroskopie im lebenden Zebrafisch untersucht und die Ergebnisse im Fachjournal elife veröffentlicht. Die Forschenden konnten erstmals den zellulären und molekularen Mechanismus aufklären, mit dem sich benachbarte Lumina verbinden und zu einem durchgängigen Blutgefäss verbinden.
Zellkontakte als Motor der Gefässbildung
Während der Gefässbildung bleiben die Zellen der Blutgefässe ständig über Zell-Zell-Kontakte miteinander verbunden. Diese Verbindungen müssen einerseits stabil genug sein, um die Gefässwand zusammenzuhalten, andererseits aber genügend Beweglichkeit erlauben, damit sich die Zellen neu anordnen können.
Bereits frühere Arbeiten des Teams hatten gezeigt, dass für den Zell-Zell-Kontakt spezielle Membranausstülpungen, sogenannte Junction-Based Lamellipodia (JBL), an der Spitze der Zellen verantwortlich sind. Sie arbeiten wie kleine Motoren, mit deren Hilfe die Zellen sich übereinander schieben können. Nun konnten die Forschenden zudem erstmals zeigen, welche mechanischen Kräfte wirken, damit die Zellen sich hierfür zunächst ausdehnen und zueinander finden.
Schieben, verankern, ziehen
Zunächst bilden sich an der Spitze der Zellen der JBL-Zellfortsatz, der die Zelle mit einer Schubkraft nach vorne hin verlängert. Ganz vorne an der Spitze wirkt dieser wie ein molekularer Anker, der sich an die Nachbarzelle einhakt, die Zellen also miteinander verbindet und dem entstehenden Blutgefäss so Stabilität verleiht.
Anschliessend wirken Zugkräfte, die die hintere Zelle nach vorne ziehen und sie so schrittweise verlängern. «Durch diesen wiederholten Wechsel aus Schub- und Zugkräften bewegen sich die Zellen ähnlich wie eine Spanner-Raupe vorwärts und verlängern so das Blutgefäss insgesamt», erklärt Erstautor Ludovico Maggi. So entstehen aus zunächst getrennten Gefässabschnitten kontinuierliche Blutgefässe mit einem durchgängigen Lumen.
«Wir konnten nachweisen, dass das das Molekül VE-Cadherin dabei gleich zwei Funktionen übernimmt: Es wirkt nicht nur als "Zement" zwischen den Zellen und sorgt für die Stabilität der Gefässwand, sondern übernimmt gleichzeitig eine aktive Rolle bei der Zellbewegung», sagt Letztautor Heinz-Georg Belting. «Überraschend war auch, wie plastisch und flexibel die Zellen in diesem Prozess sind. Sie sind stabil und flexibel zugleich.»