Mechanotransduktion in Endothel- und Herzmuskelzellen bei multidirektionalem Dehnungsstress unter Verwendung einer neuen isotropen 'Cell-Stretch' Technologie

• Antragsteller: Professor Dr. Ben Fabry; Professor Oliver Friedrich
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 383071714

Zellen sind physisch durch fokale Adhäsionskomplexe (FAK) mit umgebender Extrazellulärmatrix (EZM) gekoppelt. Externe Kräfte, welche über die EZM auf die Zellmembran übertragen werden, müssen entsprechend detektiert und in intrazelluläre Signalkaskaden transduziert werden, um eventuell auch sowohl FAK Muster und Stärke zu regulieren. Aktivierung membranständiger Mechanosensoren, v.a. kationenselektiver Ionenkanäle, führt zu Ca2+-Einstrom, welcher wiederum Auswirkungen auf zelluläre Anheftung, Orientierung und Ausprägung von FAK Proteinen haben kann. Insbesondere dieser Regelkreis ist bisher nur unzureichend beleuchtet. Insbesondere für Endothelzellen (EZ) haben Dehnungsexperimente Beteiligungen von transient receptor potential (TRP) Kanälen bei der Mechanotransduktion gezeigt. Dennoch verfolgen biomechanische Ansätze zuweilen häufig nur uniaxiale Dehnungs-Verfahren. Bestehende mehr-achsig ausgerichtete Dehnungsverfahren mit biaxialer oder isotropen Zugrichtungen sind mitunter für hochauflösende Mikroskopie-Anwendungen nur bedingt geeignet. Diese Limitation betrifft v.a. Kardiomyozyten (KM), die in vivo mehr multiaxial als uniaxial gedehnt werden, und deren Studium häufig Konfokalmikroskopie erfordert, bei welcher der z-Fokus unter Dehnung sich möglichst wenig ändern soll. Zusätzlich zur Untersuchung von Kardiomyozyten in multiaxialen Dehnungssystemen ist ein endothelial-kardiomyozytärer crosstalk für Herz-Zellen bisher nicht dargelegt. In unserem Projekt wollen wir systematisch EZ und adulte KM bzgl. zellulärer Ca2+-Antworten auf zyklische und statische uniaxiale und isotrope Dehnungsprotokolle untersuchen. Hierfür setzen wir unsere neue IsoStretcher-Zelldehnungstechnologie ein. Quantitatives fura-2 Ca2+-Imaging zusammen mit pharmakologischer Trennung von Ionenkanal-Targets wird den Beitrag kanonischer TRP Kanäle zur Mechanotransduktion in EZ und KM liefern. Hierzu setzen wir neuartige Poren-blockierende TRPC Antikörper ein. Nachdem jeder Zelltyp separat hinsichtlich seiner Mechanotransduktion, Ca2+-Homöostase und downstream signaling zu calcineurin/CaMKK Signalwegen charakterisiert worden ist, werden wir EZ-KM crosstalk in Co-Kulturen untersuchen, um parakrine Faktoren zu identifizieren, welche von EZ zur Modulation von KM freigesetzt werden. Unser Projekt wird neue Grundlagen-Erkenntnisse zur EZ-KM Mechanotransduktion liefern, sowie neue Geräte-Ansätze für künftige Studien zur zellulären Biomechanik bereithalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen