Desmosomen-Zytoskelett Dynamik

• Antragsteller: Professor Dr. Rudolf E. Leube
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273725093

Desmosomale Zell-Zell-Kontakte und ihre assoziierten Keratin-Intermediärfilamente sind Kennzeichen epithelialer Differenzierung. Sie leisten einen grundlegenden Beitrag zu den mechanischen Eigenschaften und der Funktion von Epithelien. Die Wechselwirkungen zwischen Desmosomen und den Keratinfilamenten bestimmen epitheliale Plastizität in unterschiedlichen Funktionszusammenhängen. Im vergangenen Projektabschnitt haben wir uns vor allen Dingen mit der Bedeutung der Desmosomen für das Keratin-System beschäftigt. Überraschenderweise fanden wir, dass naszierende Desmosomen als Nukleationsstellen für auswachsende Keratinfilamente fungieren. Darüber hinaus laufen die anschließende Bündelung von Keratinfilamenten und das Verschmelzen von Desmosomen koordiniert ab, um ein stabiles transzelluläres Keratin-Desmosomen-Gerüst aufzubauen. Dieses Gerüst ist gekennzeichnet durch interdesmosomale Keratinfilamentbündel im Bereich des Zellkortex und radiale Keratinfilamentbündel, die Desmosomen mit dem perinukleären Keratin-"Käfig" verbinden. Zusammen bilden sie ein "rim-and-spokes" System mit zentralen Aufgaben in der Zellmechanik. Unsere Beobachtungen legen weiterhin nahe, dass die Entstehung und die Aufrechterhaltung des Keratin-Desmosomen-Gerüsts durch das Aktin-Zytoskelett gesteuert werden. In dem Fortsetzungsprojekt wollen wir daher die Wechselbeziehungen zwischen beiden herausarbeiten mit Hauptaugenmerk auf dem subplasmalemmal gelegenen, Keratin-verstärkten und Aktin-reichen Zellkortex als einer zentralen mechanischen Komponente in Epithelzellen mit Aufgaben bei der Wahrnehmung und Weiterleitung von mechanischen Reizen.Ausgehend von der Hypothese, dass dynamische Interaktionen zwischen dem Keratin-Desmosomen-Gerüst und dem kortikalen Aktomyosin von grundlegender Bedeutung für die Integrität und Restrukturierung von Epithelien sind, werden wir die folgenden drei Hauptarbeitsziele verfolgen: (i) Untersuchung der Morphogenese und Aufrechterhaltung des kortikalen Desmosomen-assoziierten, Aktomyosin- und Keratin-basierten Zytoskeletts nach Inaktivierung der Einzelkomponenten, (ii) Untersuchung der Auswirkungen von Desmosomenspaltung und Keratinfilamentretraktion auf das Verteilungsmuster und die Funktion des Aktinzytoskeletts und (iii) Untersuchung der Dynamik des Keratin-Desmosomen-Gerüsts und seiner Funktion in der kollektiven epithelialen Zellmigration. Wir werden fluoreszierende Reporter einsetzen, um die Dynamik der Zytoskelettfilamente und Desmosomenkomponenten mit hoch aufgelösten Zeitrafferaufnahmen in gezüchteten Epithelzellen auf beschichteten Glasoberflächen oder spezifischen Mikrostrukturen fluoreszenzmikroskopisch zu verfolgen. Genetische und pharmakologische Verfahren sollen angewendet werden, um spezifische Komponenten zu inaktivieren bzw. zu modulieren. Unser Ziel ist es, einen Beitrag zu leisten zum Verständnis der Eigenschaften und der Aufgaben, die das Keratin-Desmosomen-Gerüst als funktionale Einheit für epitheliale Plastizität hat.

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