Direkter Einfluss der Plasmamembran-Steifigkeit auf Zellmigration

• Antragsteller: Professor Dr. Josef Alfons Käs; Privatdozent Dr. Jürgen Schiller
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405229444

Grundlegende Kenntnisse zur Zellbiomechanik liefern einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Entstehung bzw. Entwicklung von Krankheiten. So ist es mittlerweile anerkannt, dass sich Krebszellen von gesunden durch eine niedrigere Schersteifigkeit unterscheiden. Bisher wird davon ausgegangen, dass strukturelle Veränderungen des Zytoskeletts maßgeblich die biomechanischen Eigenschaften von Zellen verändern. Welche Rolle hierbei strukturelle Veränderungen der Plasmamembran spielen, wurde in diesem Zusammenhang bisher nicht untersucht. Im vorliegenden Projekt soll nun analysiert werden, inwieweit die Lipidkomposition der Plasmamembran ihre Elastizität und das Migrationsverhalten von Zellen beeinflusst. In unseren bisherigen Untersuchungen wurde bereits gezeigt, dass eine Korrelation zwischen der Biegesteifigkeit isolierter Plasmamembranen und der Lipidom-Komposition von gesunden und Tumorzellen besteht. Im Rahmen dieses Projekts werden nun systematisch die molekularen Ursachen untersucht, die zur Änderung der Elastizität der Plasmamembran führen und inwieweit dies das Migrationsverhalten von Zellen beeinflusst. Den Ausgangspunkt hierzu bildet die Untersuchung der Korrelation von Biegesteifigkeit mit molekularer Zusammensetzung von "Giant Plasma Membrane Vesicles" (GPMVs). GPMVs sind von Zellen isolierte Plasmamembranen, die ihre komplexe Lipidzusammensetzung im Wesentlichen beibehalten und somit ein geeignetes physiologisches Modellsystem darstellen. In unserem Projekt werden GPMVs aus Primärzellen gewonnen, die aus Gewebeproben von Brusttumorpatientinnen des Uniklinikums Leipzig stammen. Neben den malignen Karzinomproben wird zum Vergleich auch gesundes Epithelgewebe der gleichen Patientin untersucht. Als Referenz zu den Primärproben dienen Untersuchungen an einem Brustkrebszellpanel, das ein Modell unterschiedlicher Krebsstadien darstellt. Die Biegesteifigkeit der GPMVs wird mittels Flickerspektroskopie sowohl von den Primärproben als auch den Zelllinien ermittelt, die (Phospho)Lipidkomposition mittels Massenspektrometrie und NMR. Die Korrelation von Biegesteifigkeit und Membrankomposition liefert Erkenntnisse, welche (Phospho)Lipidklassen einen bestimmenden Einfluss auf die Membransteifigkeit ausüben. Außerdem soll selektiv der Einfluss oxidativ veränderter Membranlipide auf die Membransteifigkeit untersucht werden, da auch die Bildung von "reactive oxygen species" (ROS) bei der Pathogenese von Krebs eine Rolle spielt. Die Korrelation von Plasmamembran-Elastizität und Zellmigration wird mittels Migration einzelner Zellen durch Mikrokanäle untersucht. Der Prozentsatz der Zellen, die durch Kanäle unterschiedlicher Dicke migrieren als auch die Migrationszeit können in Relation zur Membransteifigkeit gesetzt werden. Es wird erwartet, dass eine geringere Biegesteifigkeit der Plasmamembran die Zellmigration durch enge Kanäle begünstigt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen