Mechanotransduktion an Podosomen

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Linder
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 336942737

In diesem Projekt untersuchen wir molekularen Mechanismen, die Mechanotransduktion an Podosomen in primären humanen Makrophagen regulieren. Podosomen sind multi-funktionelle Organellen, die Schlüsselfunktionen invasiver Zellen in sich vereinigen, so Adhäsion, Mechanosensing und Abbau extrazellulärer Matrix (EZM). Hier fokussieren wir uns auf die Co-Regulation von Mechanosensing und EZM-Abbau, indem wir die Verbindungen zwischen Aktmyosin-Kontraktilität, Spannungs-abhängiger Dehnung von Plaque Proteinen und Mikrotubuli-basiertem Transport von Proteinasen untersuchen.Podosomen zeigen einen komplexen Aufbau: ein Kern von verzweigtem Aktin ist umgeben von einer Schicht linearer Aktin-Filamente, die die Spitze des Podosoms mit dem Ring aus Adhäsions Plaque Proteinen verbindet. Zusätzlich ummantelt eine Kappen-Struktur das Podosom. Wir konnten drei Proteine der Kappe identifizieren, LSP1, Supervillin und INF2, die alle wichtige Rollen bei der Regulation von Aktomyosin-vermittelter Kontraktiliät spielen. Tatsächlich sind Podosomen kontraktile Strukturen, in denen nach aktueller Modellvorstellung Wachstum des Kerns eine Kraft auf die lateralen Aktin-Filamente ausübt und zur Dehnung der Proteine der Ringstruktur führt. Zyklen von Wachstum und Kontraktion führen zur messbaren oszillatorischen Protrusion von Podosomen in die Matrix, einer Grundlage für das Mechanosensing dieser Strukturen. Hier untersuchen wir die molekularen Signalwege, die bei der Mechanotransduktion an Podosomen involviert sind: i) Regulation der Aktomyosin-Kontraktiliät durch Kappen-Proteine wie LSP1, Supervillin und INF2, ii) die Rolle von Spannungs-sensitiven Plaque Proteinen wie Talin und Vinkulin, sowie iii) die Kopplung zwischen Mechanotransduktion und Mikrotubuli-basiertem Transport von Proteinasen. In Kollaboration mit nationalen und internationalen Experten verwenden wir i) molekularbiologischen Techniken wie Expression von Fusions- und Mutations-Konstrukten, siRNA-basierte Depletion, Immunopräzipitation und GST pull down, ii) mikroskopische Techniken wie konfokale Videomikroskopie, Detektion Spannungs-abhängiger Dehnung von Proteinen durch FRET, Protrusions-Kraft Mikroskopie (PFM), sowie die neu entwickelte Elastische Resonator Interferenz Stress Mikroskopie (ERISM), sowie iii) Zell-basierte Assays wie Software-unterstützte Analyse podosomaler Parameter, Analyse von EZM Abbau und proximity ligation Assays (PLA).Diese ineinander greifenden Untersuchungen werden nicht nur neue Daten zur Funktion von Podosomen-Substrukturen und ihrer Rolle bei der Regulation von Aktomyosin-vermittlerter Kontraktilität liefern, sondern auch molekulare Mechanismen der Mechanotransduktion an Podosomen aufzeigen. Sie werden zudem helfen, neue regulatorische Prinzipien zu identifizieren, die Schlüsselfunktionen von Adhäsionsstrukturen wie Mechanosensing und Matrix Abbau verbinden und somit nicht nur für die Biologie von Makrophagen, sondern generell für Zell Migration und Invasion essentiell sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen