Aufklärung der Zell-Wechselwirkungen mit der Umwelt
Die Zellen besitzen eine intrinsische Fähigkeit, ihre mechanische Integrität beizubehalten, während sie dynamisch ihre Form verändern. Dies ist das Ergebnis der Wechselwirkung zwischen der Plasmamembran und der extrazellulären Matrix und wird durch das Zytoskelett und verschiedene Adhäsionsmoleküle vermittelt. Mehrere zelluläre Funktionen einschließlich Zellteilung, Migration und Mechanosensing hängen von dieser komplizierten Wechselwirkung ab. Um die Interaktion zwischen den Zellen und ihrer Umwelt aufzuklären haben sich die Wissenschaftler des EU-geförderten Projekts CYTOANCHOR (Actin–membrane anchoring in giant liposomes: a biomimetic system to study cell mechanics) aufgemacht, das Phänomen auf verschiedenen Ebenen zu studieren. Sie verwendeten verschiedene Modellsysteme, um die extrazelluläre Matrix-Umgebung, das intrazelluläre Zytoskelett und die Zelle selbst zu studieren. In Bezug auf die extrazelluläre Matrix, konzentrierte sich das CYTOANCHOR Team auf Fibrin, das Kerngerüst von Blutgerinnseln. Sie beleuchteten die schrittweise Verdichtung der Fasern während der Bildung und Reifung von Fibringerinnseln, einem Prozess der für die Versteifung und Abbauleistung von Blutgerinnseln von zentraler Bedeutung ist. Sie entdeckten, dass Fibrin auf eine Verformung hin ein mechanisches Gedächtnis beibehält, welches es ihm ermöglicht, seine Struktur bei Stress anzupassen. Die Forscher konnten Fibrineigenschaften durch ein theoretisches Modell für semiflexible Polymere vorhersagen, das auch einen Einblick in den Aggregationsmechanismus verschiedener Biopolymere gab. Die Untersuchung der Dynamik von Aktin auf der Filamentebene führte zu der Entdeckung, dass sich Aktinfilamente auf weiche, fließenden Weise ausrichten und wieder ohne Entwirrung zerlegen. Das Verhalten der Aktinnetzwerke wurde auch durch Kreuzlinkermoleküle beeinflusst, die die Aktin-Kontraktilität und Dynamik bestimmten Die Wissenschaftler untersuchten das Verhalten der Zellen in Gewebe wie Kollagennetzwerke und folgerten, dass Zellen in ihre Umgebung durch gegenseitige Wechselwirkungen eingreifen können, eine Eigenschaft, die an der Zellinvasion beteiligt ist. Die Auswirkungen von Anti-Migrationsmedikamenten waren abhängig von der Bedingung der extrazellulären Matrix, eine Erkenntnis mit weitreichenden Auswirkungen auf dem Gebiet der Wirkstoffforschung. Neben Grundlagenwissen könnten die Ergebnisse von CYTOANCHOR für das Design neuer biokompatibler biologischer Materialien und Matrizen für Anwendungen in der regenerativen Medizin genutzt werden.
Schlüsselbegriffe
Zelle, Membran, extrazelluläre Matrix, Zytoskelett, Actin, Fibrin, Vernetzer
