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Wie einzelne Zellen lokale Verdrängung spüren

Zellen spüren die sie umgebenden Zellen und passen ihren Phänotyp an, was zu multizellulärer Strukturierung führt. Eine kürzlich abgeschlossene EU-Studie deckte einen zell-intrinsischen molekularen Mechanismus der vielzelligen Musterung ohne Zell-Zell-Kommunikation auf.

Gesundheit

Mehrzellige Musterbildung markiert ein koordiniertes Verhalten der Zelle, in der Regel durch interzelluläre Kommunikation und intrazelluläre Signalverarbeitung. Die Veränderungen in der Zusammensetzung und Transport von Membranlipid sind abhängig vom Populationskontext. Der Regulationsmechanismus für die Membranveränderungen in Anpassung an die Zellmikroumgebung ist seit kurzem Gegenstand intensiver Forschungen. Das EU-finanzierte Projekt THE FAK-ABCA1 SYSTEM (Population context-dependent regulation of membrane lipid composition and downstream activities in mammalian cells: The FAK-ABCA1 system) untersuchte solche Regulationsmechanismen. Das Projekt verwendete Einzelzellmikroskopie an großen Populationen, lipidomische, phosphoproteomische und Microarray-Analyse von Mäusezellen ohne Focal Adhesion Kinase (FAK). Typischerweise wird FAK bei niedriger lokaler Zelldichte oder am Rand der Zellinsel aktiviert. Dieses Ereignis aktiviert Signalisierung und Genregulation und beeinflusst den lysosomalen und den Golgi-Apparat und transportiert Gene. Das Membran-Protein ABCA1 (a Cholesterinabfluss-Mediator) ist ebenfalls stark betroffen. Der Verlust des FAK-Phänotyps in Zellen kann durch die Hemmung von ABCA1 umgekehrt werden, was darauf hindeutet, dass FAK die ABCA1-Produktion steuert. Ziel des Projekts war es, die Rolle der FAK als lokaler Crowding-Sensor zu verstehen. Die Ergebnisse zeigten, dass die lokale Verdrängung von der Zelle durch ihre Fähigkeit, sich auszubreiten und FAK zu aktivieren, wahrgenommen wird. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass FAK tatsächlich die Expression von ABC-Transportern steuert und so die Membranzusammensetzung und Signalgebung beeinflusst. Lipidomik und Mikroskopie zeigten mehr ungeordnete Membranen in überfüllten Zellen und mehr geordnete Membranen in dünn besiedelten Zellen. Die Membranveränderungen führen zu einer allgemeinen Modulation von Signalzustand und Physiologie der Zelle. Darüber hinaus entwickelte das Projekt einen einzigartigen Ansatz, um das dynamische Verhalten des Systems zu simulieren. Die Signalisierungsprozesse wurden mathematisch modelliert und durch Übernahme von vielen Daten zu Einzelzellen validiert. Das Modell sagte erfolgreich spezifische Muster von aktiven FAK und ABCA1 in Populationen von Einzelzellen vorher. Die Ergebnisse von FAK-ABCA1 SYSTEM zeigten einen zell-intrinsischen molekularen Mechanismus der vielzelligen Musterung ohne spezifische Kommunikation zwischen den Zellen. Die Membran wurde als Schlüssel in diesem Anpassungsprozess ermittelt.

Schlüsselbegriffe

Einzelne Zellen, mehrzellige Strukturierung, molekularen Mechanismen, Zellverhalten, Membranlipidzusammensetzung

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