Das zelluläre ABC der Festigkeitserfassung
Zellen zählen zu den kleinsten strukturellen und funktionalen Einheiten in einem Organismus. Deren Erfassungskapazität hilft diesen dabei, mit dynamischen Bedingungen umzugehen und einen normalen Gesundheitszustand zu bewahren. Die Erfassung der aberranten Zellfestigkeit von Krebszellen ermöglicht diesen, im Gegensatz zu normalen Zellen, die auf eine extrazelluläre Matrix (Extracellular Matrix, ECM) angewiesen sind, ein Wachstum auf weichen Matrizen. Unter der Leitung des Projekts RIGIDITY SENSING (Mechanisms of cellular rigidity sensing) beleuchten Forscher anhand der Untersuchung von Zelle-ECM-Adhäsionen und der Entstehung von Wirkkräften, wie die Zellen die ECM-Festigkeit erfassen können. Es werden zentrale, an der Adhäsion beteiligte Faktoren berücksichtigt. Hierzu zählen etwa transmembrane Integrinmoleküle (z. B. RGD (Arg-Gly-Asp)) in Fibronektin und die molekulare Grundlage für die Entstehung von Wirkkräften. Projektmitglieder erreichten während der ersten beiden Jahre des Projekts erhebliche Fortschritte. Es wurden verschiedene Techniken erforscht, um Goldnanodots für eine genaue Befestigung von RGD-Liganden zu funktionalisieren, um die Zelladhäsion zu erleichtern. Derartige nanohergestellten Flächen sind erforderlich, um die Proteinrekrutierung während der Zelle-ECM-Adhäsion zu untersuchen und um den Festigkeitserfassungsmechanismus zu verstehen. Aufgrund des beschränkten Erfolgs hinsichtlich einer Passivierung solcher Flächen unter Verwendung von Polyethylenglycol erforschen die Forscher derzeit die Tauglichkeit lipider Doppelschichten. Untersuchungen zu den Entstehungsmechanismen von Wirkkräften unter Verwendung von Feldern mit elastischen Polydimethylsiloxansäulen (Polydimethylsiloxane, PDMS) erwiesen sich als nützlicher. Es konnte über eine Lebendzellmikroskopie und eine superauflösende Analyse die Proteinrekrutierung für die PDMS-Säulen während der Entstehung von Wirkkräften untersucht werden. Es wurden ferner Experimente durchgeführt, in denen die Expression ausgewählter Proteine blockiert wurde, um deren Funktion für die Wirkkraftregulation und Festigkeitserfassung zu bestimmen. Forscher identifizierten erfolgreich wichtige Faktoren, die an der ECM-Festigkeitserfassung beteiligt sind. Die Blockierung der Expression von α-actinin oder tropomyosin-1 wirkte sich auf Fähigkeit der Zellen aus, die ECM-Festigkeit genau zu erfassen. Folglich konnten nicht transformierte Brustepithelzellen auf sehr weichen Oberflächen wachsen. Aggressive Tumore sind mit aberranten Erfassungsmechanismen sowie einem herunter regulierten tropomyosin-1-Niveau in Verbindung gebracht worden. Abgesehen von einer verbesserten Wissensbasis könnten die Projektergebnisse dazu beitragen, neue, personalisierte Antikrebsbehandlungsstrategien für Patienten mit geringem tropomyosin-1-Niveau zu entwickeln.
Schlüsselbegriffe
Festigkeitserfassung, Krebs, extrazelluläre Matrix, Zellfestigkeit, tropomyosin-1
