Wissenschaftler erforschen die Reaktion von Zellen auf Kräfte
Die Frage, wie einzelne Zellen auf mechanische Kräfte reagieren, zumal solche Kräfte das Zellverhalten beeinflussen, ist seit jeher von wissenschaftlichem Interesse und war ein ungelöstes Rätsel... bis jetzt. Einem Forscherteam ist es gelungen, zwei wichtige Moleküle für die Steuerung der zellulären Anpassung an mechanische Kräfte zu identifizieren. Die Studie wurde teilweise durch das Projekt RHOMECHANOVASC ("Regulation of Rho proteins by mechanical forces in the vascular system") finanziert, das aus dem Siebten EU-Rahmenprogramm (RP7) ein Marie-Curie-Stipendium für europäische Forscher im Ausland (Outgoing International Fellowship) in Höhe von mehr als 212.000 EUR erhielt. Die in der Zeitschrift Nature Cell Biology vorgestellten Ergebnisse zeigen, wie in Zellen, auf die mechanische Kraft ausgeübt wird, über unterschiedliche Signalwege Rho GEF-Proteine aktiviert werden. Die Biologen und Physiker des Teams unter der Leitung der University of North Carolina (UNC) in Chapel Hill, Vereinigte Staaten, schreiben, dass Rho GEF-Proteine Rho-Proteine der Ras-Superfamilie aktivieren, einer Proteinklasse, die mit Krebs-Aktivität in Verbindung gebracht wird. Die Wissenschaftler versahen die Zellen ihren Angaben zufolge zuerst mit magnetischen Partikeln, um sie dann einer magnetischen Kraft auszusetzen. Auf diese Weise konnten sie außerhalb der Zellen Spannung erzeugen. "Es hat sich gezeigt, dass GEF-H1 durch die Bindung an Mikrotubuli gesteuert werden, indem die Depolymerisierung von Mikrotubuli mit RhoA-Aktivierung in verschiedenen zellulären Prozessen gekoppelt wird, etwa bei der Permeabilität der Endothelbarriere, der Migration sowie der Morphologie des Dornfortsatzes", heißt es in dem Artikel. "Um zu überprüfen, ob die Aktivierung von GEF-H1 eine Folge der Mikrotubuli-Depolymerisierung war, haben wir Zellen mit Taxol vorbehandelt und die GEF-H1-Aktivität mithilfe des Nukleotid-freien RhoA-Pulldown-Assays nach der Anwendung von Kraft analysiert. Es stellte sich heraus, dass Taxol keinen Einfluss auf die Aktivierung von GEF-H1 durch mechanische Kraft hatte. Dieses Ergebnis zeigt, dass GEF-H1 unabhängig von der Dissoziation von Mikrotubuli aktiviert wird, was im Einklang mit früheren Arbeiten steht, die gezeigt hatten, dass sich eine Behandlung mit Taxol nicht auf die RhoA-abhängige Faserbildung als Reaktion auf eine Dehnung auswirkt." Professor Keith Burridge von der UNC, einer der Leitautoren der Studie, sagt zu den Ergebnissen: "Dieses Experiment war nur durch die Zusammenarbeit von Physikern und Zellbiologen möglich. Besonders interessant ist die Tatsache, dass wir den gesamten Signalweg zwischen der Kraftausübung auf die Zelle und den Proteinen identifiziert haben, der wiederum andere Proteine aktiviert, deren Aktivität bei Tumorerkrankungen stark zunimmt." Frühere Studien haben einige Forscher zu der Vermutung veranlasst, dass Zellwachstum und -eigenschaften durch die mechanische Umgebung der Zellen beeinflusst wird. Bei festen Tumorzellen zum Beispiel verändert sich offenbar die Oberfläche. Außerdem ging man davon aus, dass sich die Prognose verschlechtert, je steifer die Zell-Matrix wird. Wissenschaftler haben entdeckt, dass feste Tumoren eine erhöhte Anzahl von Zellen ausstoßen, die sich vom ursprünglichen Tumorort wegbewegen und das Risiko der Metastasenbildung erhöhen könnten. "Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass Zellsteifheit und Spannung einen Teufelskreis bilden, der zu mehr Wachstum, mehr Zelldichte, mehr Spannung und letztlich zu größeren Tumoren führt", erläutert Professor Burridge. "Mithilfe von Innovationsfördermitteln aus dem Krebsforschungsfonds der Universität konnten wir den Signalweg feststellen und Daten liefern, auf deren Basis ein weiterer Zuschuss in Höhe von rund 1,3 Mio. USD [ca. 911.000 EUR] für die nächsten 4 Jahren gewährt wurde."Weitere Informationen unter: University of North Carolina (UNC) at Chapel Hill: http://www.unc.edu/index.htm(öffnet in neuem Fenster) Nature Cell Biology: http://www.nature.com/ncb/index.html(öffnet in neuem Fenster)
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