Zusammenhang zwischen mechanischer Belastung in Zellen und Tumorerkrankungen
In vieler Hinsicht wird das Verhalten von Zellen von mechanischen Kräften beeinflusst, die auf sie wirken. Was dabei genau in der einzelnen Zelle passiert, ist aber noch kaum erforscht. Ein EU-finanziertes Team von Wissenschaftlern untersucht, wie Signale, die das Verhalten von Zellen steuern, deren physische Eigenschaften beeinflussen. Die jüngste Studie wurde zum Teil durch das Projekt RHOMECHANOVASC (Regulation of Rho proteins by mechanical forces in the vascular system) finanziert, das über ein Marie-Curie-Stipendium für Wissenschaftler im internationalen Ausland (Outgoing Fellowship) mit 213.000 EUR unter dem Siebten Rahmenprogramm (RP7) bezuschusst wurde. Die Ergebnisse der Studie wurden kürzlich im Fachblatt Nature Cell Biology vorgestellt. Biologen und Physiker unter Leitung der University of North Carolina at Chapel Hill (UNC-Chapel Hill), Vereinigte Staaten, untersuchten, wie bei mechanischer Belastung über spezifische Signalwege Rho-GEF-Proteine in Zellen aktiviert werden. Rho-Proteine, so erklären die Forscher, gehören der Ras-Superfamilie an, einer Klasse von Proteinen, die an der Krebsentstehung beteiligt sein soll. In Experimenten wurden die Zellen durch Magneten und magnetische Partikel mechanischen Belastungen ausgesetzt, was eine extrazelluläre Spannung erzeugte. "Bei mechanischer Stimulation der Integrine wird das Zytoskelett umgestaltet und das Wachstum des zugehörigen Adhäsionskomplexes angeregt, was zu einer zellulären Steifigkeit bzw. Verstärkung (Reinforcement) führt" wie es im Forschungsbericht heißt. "Obwohl RhoA offenbar an diesem Prozess beteiligt ist, sind die molekularen Mechanismen dieser Aktivierung noch ungeklärt. Wie sich in kombinierten biochemischen und biophysikalischen Versuchen herausstellte, sind es die beiden Guanin-Nukleotid-Austauschfaktoren (GEF) LARG und GEF-H1, die als Schlüsselmoleküle regulieren, wie sich Zellen mechanischen Belastungen anpassen. Wir konnten zeigen, dass diese beiden GEF aktiviert und für Adhäsionskomplexe rekrutiert werden, sobald die Integrine Spannkräften ausgesetzt werden." Zu den Studienergebnissen äußert sich Studienleiter Prof. Keith Burridge, Zell- und Entwicklungsbiologe an der Universität UNC-Chapel Hill folgendermaßen: "Um den Versuch durchführen zu können, haben wir Physiker und Zellbiologen in einem Forscherteam zusammengebracht. Auf diese Weise gelang es uns, den gesamten Signalweg zu identifizieren - von der mechanischen Belastung der Zelle bis hin zu Proteinen, die wiederum andere, oftmals bei Krebs hyperaktive Proteine aktivieren." Jüngere Studien gingen davon aus, dass Wachstum und Eigenschaften von Zellen durch ihre mechanische Umgebung beeinflusst werden. So haben Zellen solider Tumoren (d.h. in Organen) beispielsweise eine erhöhte zelluläre Steifigkeit. Andere Studien stellten einen Zusammenhang zwischen erhöhter Steifigkeit der Zellmatrix und Verschlechterung der Prognose her. Nachgewiesen wurde zudem, dass solide Tumoren deutlich mehr Tumorzellen absondern, die sich dann vom Primärtumor lösen und das Risiko einer Metastasierung erhöhen. "Früher bereits hatte man vermutet, dass der Teufelskreis aus zellulärer Steifigkeit und mechanischer Belastung das maligne Zellwachstum beschleunigt und Zelldichte und Spannung verstärkt, sodass Tumoren schneller wachsen können", erklärt Prof. Burridge. Die finanzielle Unterstützung für die Studie stamme, wie er weiter erläutert, u.a. aus Fördermitteln des University Cancer Research Fund in den Vereinigten Staaten. Weitere Forschungen in dieser Richtung sollen den Zusammenhang zwischen Signalen klären, die sowohl das Zellverhalten als auch die physischen Eigenschaften von Zellen beeinflussen.Für weitere Informationen: Nature Cell Biology: http://www.nature.com/ncb/index.html UNC-Chapel Hill: http://www.unc.edu/index.htm
Länder
Vereinigte Staaten