Untersuchung der mechanischen Beladung von Desmosomen

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Grashoff
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273412230

Desmosomen sind interzelluläre Adhäsionskomplexe, welche Intermediärfilamente benachbarter Zellen miteinander verbinden und für die mechanische Integrität von Geweben eine unverzichtbare Rolle zu spielen scheinen. Mutationen in desmosomalen Proteinen liegen einer Reihe von schweren Erkrankungen wie Epidermolyse oder Herzmuskelschwäche zu Grunde, so dass derzeitige Modelle von einer wichtigen, kraftübertragenden Funktion von Desmosomen ausgehen. Direkte Nachweise dafür, dass Desmomen tatsächlich mechanischen Kräften ausgesetzt sind, liegen jedoch nicht vor.Wir haben daher in der vergangenen Förderperiode FRET-basierte Kraftsensoren entwickelt, um Kräfte von wenigen Piconewton messen zu können, die auf dem zentralen, desmosomalen Protein Desmoplakin lasten sollten. Durch eine Reihe von Experimenten konnten wir zunächst nachweisen, dass die entwickelten Desmoplakin-Biosensoren funktional sind und die biologische Funktion von Desmoplakin wiederspiegeln. Interessanterweise weisen unseren quantitativen FRET-Analysen jedoch darauf hin, dass Desmosomen unter homeostatischen Bedingungen keine nennenswerten mechanischen Kräfte erfahren. Werden Zellen allerdings einem externen Stress ausgesetzt, kommt es zu einer mechanischen Beladung von Desmosomen; diese Beladung ist abhängig vom Ausmaß der Belastung sowie der Ausrichtung des mechanischen Stresses. Unsere Daten stellen einen wichtigen Nachweis dafür dar, dass Desmosomen tatsächlich eine mechanische Rolle in Epithelzellen übernehmen, die sich allerdings stark von der Funktion des zweiten interzellulären Adhäsionskomplexes, den Adhärenzverbindungen, unterscheidet.Im vorliegenden Projektantrag schlagen wir vor, mit Hilfe der entwickelten Technik die molekularen Mechanismen der Desmosom-Beladung genauer zu untersuchen. So soll der Einfluss post-translationaler Modifikationen von Desmoplakin sowie die Rolle verschiedener Keratin-Netzwerke und Plakophilin-Isoformen untersucht werden. Letztlich wollen wir unsere erst kürzlich entwickelte Kraftsensor-Multiplexing Technologie zur Anwendung bringen, um die mechanische Beladung von Desmosomen und Adhärenzverbindungen gleichzeitig zu quantifizieren. Die erwarteten Resultate sollten erklären, wie interzelluläre Kontakte die dynamischen aber gleichzeitig robusten Eigenschaften von Epithelgeweben vermitteln.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1782: Epithelial intercellular junctions as dynamic hubs to integrate forces, signals and cell behaviour