Zelluläre Antworten auf mechanische Kräfte - Erforschung von Molekülen
Das Projekt CELL TRANS (Integrated molecular and cellular mechanotransduction mediated by protein p130Cas) sollte die molekularen Mechanismen dieser zellulären Sensoren klären. Das EU-finanzierte Projekt untersuchte das Potenzial für Mechanotransduktion des Proteinssubstrats p130Cas, einer Kinase der Src-Familie. Dies ist ein Schlüsselprotein, das in viele zelluläre Prozesse eingebunden ist und durch mechanische Kräfte aktiviert (phosphoryliert) werden kann. Mittels optischer und magnetischer Pinzetten sowie TIRF-Mikroskopie (Total Internal Reflection Microscopy) wurde untersucht, wie die Phosphorylierung einzelner Cas-Moleküle durch mechanische Kräfte reguliert wird. Mittels TIRF sollte ermittelt werden, wie hoch die Kraft für eine Phosphorylierung sein muss, ob eine größere mechanische Kraft die Phosphorylierung verstärkt und ob es zur Dephosphorylierung kommt, wenn die Kraftwirkung unterbrochen wird. Experimente im pN-Bereich zeigten, dass andere Moleküle an der Mechanotransduktion beteiligt sind, die normalerweise an Zelladhäsionsstellen stattfindet (in Piconewton (pN) werden mechanische Kräfte im molekularen Maßstab angegeben). So untersuchten die Forscher von CELL TRANS auch andere Moleküle und Integrine, die an der Mechanotransduktion beteiligt sein könnten. Integrine verbinden Zellen mit der umgebenden extrazellulären Matrix. Talin und A-Actinin sind zwei wichtige Adhäsionsproteine, die Integrine mit dem Zytoskelett verbinden. Experimente mit Talin, das als mechanosensorisches Molekül vorgeschlagen wurde, legten erstmals nahe, dass tatsächlich Mechanotransduktion stattfindet, wenn mechanische Kräfte auf Einzelmoleküle wirken. Weitere Studien zur Integration von Mechanotransduktion auf zellulärer Ebene untersuchten den Einfluss mechanischer Kräfte auf die Zelladhäsion. Wie sich herausstellte, werden der Erhalt der Zelladäsionskraft und die Transduktion mechanischer Signale bei Talin differentiell reguliert, was nahe legt, dass das Adhäsionsprotein auf Einzelmolekülebene Mechanotransduktion bewirkt. Untersuchungen zur mechanosensorischen Rolle von A-Actinin ergaben, dass A-Actinin die Übertragung von Kräften zwischen Zytoskelett und Integrinen ermöglicht. Auf diese Weise werden die Bildung und die Dynamik stabiler reifer Adhäsionsstellen zwischen Zelle und extrazellulärer Matrix kontrolliert. Indem charakterisiert wurde, wie bestimmte Moleküle an der Detektion, Übertragung und Resistenz gegen bzw. Reaktion auf Kräfte beteiligt sind, lieferte CELL TRANS wichtige Einblicke, wie Zellen auf molekularer Ebene auf mechanische Kräfte reagieren. Auf dieser Basis können nun weitere Untersuchungen der molekularen Mechanismen und Pathologien stattfinden, die durch mechanische Stimuli und die mechanische Umgebung von Zellen beeinflusst werden. Relevant ist dies u.a. für die Krebsforschung oder die Wundheilung.
