Effekte der mechanischen Mikroumgebung auf frühe Stadien der Entwicklung von Cadherin Bindungen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ana-Suncana Smith
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406909831

Cadherine bilden eine große Familie von Plasmamembranrezeptoren und sind entscheidend für die Adhäsion von Zellen verschiedenster Gewebe. In einer Umgebung aus Plasmamembran, Glykokalyx und Cytoskelett bilden sie typischerweise Mikrometer große Adhärenz-Verbindungen. Mit der Zeit haftet diese Verbindung mittels eines speziellen makromolekularen Komplexes an Aktin. Bisher ordnete man dieses Anhaften dem späten Stadium der Adhäsion zu. Neuere Experimente signalisieren jedoch, dass selbst für den anfänglichen Kontakt ein aktives Zusammenspiel der intrazellularen Domäne des Cadherins mit dem Cytoskelett erforderlich ist. Es wurde vermutet, dass, im Gegensatz zu den meisten Liganden-Rezeptor-Paaren, Cadherin Bindungen somit in einzigartiger Weise von einer vorigen Bindung an das Cytoskelett abhängen. Cadherin Bindungen können jedoch auch in reinen Modellmembranen, in Form von Cytoskelett-freien Vesikeln und einer aufliegenden Doppellipidschicht, realisiert werden. In diesem System haben wir vor kurzem gezeigt, dass die Selbstorganisation von Cadherinen zu Mikrodomänen durch Membranfluktuationen reguliert wird. Bei der Bildung von Agglomeraten wird Morphologie als auch Wachstumsdynamik der Cadherine durch geringe Änderungen der Fluktuationen reguliert, qualitativ nicht abweichend von bisherigen Ergebnissen für andere Ligand-Rezeptor-Paare. Es wurde festgestellt, dass sich diese besonders hohe Sensitivität auf Fluktuationen der intrinsisch niedrigen Affinität für trans-Dimerisation zuordnen lässt. Wie bereits gezeigt wurde, stabilisieren Membranfluktuationen laterale cis-Domänen einzig durch generische Interaktionen. Daher nehmen wir an, dass die Rolle des Cytoskeletts bei Cadherin Bindungen darin besteht, aktiv Fluktuationen zu erzeugen, welche in langreichweitigen cis-Interaktionen resultieren und Reaktionsrate und -affinität steuern.Durch unsere und weitere vorherige Studien wurde nun etabliert, dass neben der biochemischen Regulierung, sowohl die Mikroumgebung einer fluktuierenden Membran, als auch Glykokalyx- und Ligandenmobilität, mechanische Kontrollparameter für die Ausbildung von Adhärenz-Verbindungen liefern. Die Relevanz dieses mechanischen Milieus bleibt für Zellen weiterhin umstritten. Das Ziel dieses Antrags ist es, diese Debatte, durch die Aufklärung der entsprechenden Rollen der speziellen und generisch Interaktion, aufzulösen, und das Verständnis der Aggregations- und Bindungsdynamik von Cadherinen im frühen Stadium der Bindungsausbildung zu vertiefen. Aufbauend auf unserer exzellenten Erfolgsbilanz im Feld der Adhäsion werden wir die derzeitigen synthetischen Vesikel- und Zellmodelle verbessern und das Phänomen mittels erstklassiger experimenteller Technik studieren. Anspruchsvolle Bildgebung und Datenanalyse in Kombination mit umfangreicher theoretischer Modellierung wird einen umfassenden konzeptionellen Rahmen bilden, um die frühe Phase der auf Cadherinen basierten Bindungsformation und ihre mechanische Regulierung zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Kheya Sengupta, Ph.D.