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Projekt
Mechanosensation und Mechanoreaktion in epidermalen Systemen
Antragsteller
Dr. Bernd Hoffmann; Professor Dr. Rudolf Merkel
Fachliche Zuordnung
Zellbiologie
Biophysik
Biophysik
Förderung
Förderung von 2015 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273723265
Die Epidermis der Haut ist ein mehrschichtiges epitheliales Gewebe und stellt die erste Ver-teidigungslinie gegenüber chemischen und mechanischen Stresssignalen dar. Die Funktion als mechanische Barriere hängt dabei von einem fein abgestimmten Aufbau sich beständig neu-organisierender Zell-Matrix sowie Zell-Zelladhäsionen in der basalen Zellschicht sowie unterschiedlichen Interzelluläradhäsionen in den darüber liegenden Schichten der Epidermis ab. Wie genau hier jedoch der mechanische Stress erkannt wird, ist kaum verstanden. An einschichtigen epidermalen Zelllagen konnten wir zeigen, dass nicht nur Fokaladhäsionen sondern auch Adherens Junctions wichtige mechanosensitive Elemente darstellen und auf Dehnung als mechanischen Reiz reagieren. Unsere Daten zeigen weiterhin, dass bei der Bildung epithelialer Zellschichten ein Wechsel des mechano-sensitiven Hauptmechanismus weg von Zell- Matrix hin zu Zell-Zell Adhäsionen erfolgt. Basierend auf diesen Datenfokussiert dieses Projekt auf Lebendzellanalysen der Zell-Zell-Kontakt-abhängigen Erkennung mechanischer Dehnung sowie derdadurch hervorgerufenen Zellantworten. Hierbei werden mit Adherens Junctions sowie Desmosomen im Besonderen zwei essentielle Zell-Zelladhäsionsstrukturen mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung analysiert. Wir werden uns nicht nur auf die dynamischen Prozesse der Reorientierung mit-tels Markerproteinen (Paxillin, Vinculin, α-Catenin, E- and P-Cadherin, Desmoglein, assozi-ierte Zytoskelettsysteme) fokussieren, sondern auch den Einfluss der epithelialen Differen-zierung/Reifung berücksichtigen. Regulationen auf molekularer Ebene in Bezug auf Protein-austauschdynamik in Ab- und Anwesenheit von Dehnung werden mittels FRAP untersucht. Gleiche mechanische Reize werden verwendet, um kooperatives Zellverhalten für Adherens Junction-vermittelte Mechanosensitivität zu charakterisieren und um zu überprüfen, ob auch Desmosomen als Keratin-gebundene Zell-Zellkontakte mechanosensitive Funktionen besit-zen. Um alle physiologisch relevanten mechanischen Signale möglichst gut zu modellieren, werden die Analysen mittels unterschiedlicher, selbst entwickelter Dehnsysteme unter uni-axialer sowie biaxialer Dehnung durchgeführt. Ergebnisse an einlagigen Zellschichten wer-den auf epidermale Mehrschicht-Zellsysteme übertragen, die mittels lithographischer Techni-ken und gezielter Oberflächenbeschichtungen aufgebaut werden. Dehnapparaturen für Ge-webe werden abschließend eingesetzt, um Dehnexperimente an epidermalen Hautproben durchzuführen. Alle Experimente werden unter Einsatz verschiedener, epidermaler Zelllinien durchgeführt, die durch Mutationen spezifisch auf die unterschiedlichen Adhäsionsstrukturen wirken. Ziel dieser Experimente ist es, die neu identifizierte Zell-Zellkontakt basierte Mecha-nosensitivität genauestens zu charakterisieren und so deren vitalen Charakter für die Erkennung mechanischer Reize für jede einzelne Zellschicht innerhalb der Epidermis darzulegen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
