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Projekt
Optogenetische Manipulation von Zellkontraktions-Signalnetzwerken in Tumoren
Antragstellerin
Professorin Perihan Nalbant, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Zellbiologie
Förderung
Förderung von 2019 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426018514
Mechanische Kräfte spielen eine wichtige Rolle in der Entwicklung und Funktion multizellulärer Strukturen. Einzelne Zellen in Geweben können hierbei Kräfte nicht nur generieren, sondern auch ertasten und hierauf reagieren. Es wird vermutet, dass dieses aktive mechanische Zusammenspiel essentiell für die Selbstorganisation von Gewebestrukturen ist. Veränderungen in den zugrundeliegenden molekularen Mechanismen können dieses Zusammenspiel stören und zu fehlerhafter Gewebeorganisation und pathologischen Prozessen, wie Tumorgenese oder Fibrose führen.Aufgrund der Komplexität des Tumorgewebes, welches Tumorzellen, Tumor-assoziierte Fibroblasten und Immunzellen enthält, ist eine Analyse des Zusammenspiels zwischen Zellen mit Standardmethoden schwierig. In diesem Antrag schlagen wir vor, mit einer von uns entwickelten neuen optogenetischen Methode die Dynamik von Zellkontraktionen in einzelnen Zellen zu kontrollieren. Diese optogenetische Methode basiert auf der reversiblen Steuerung der zytosolischen Konzentration des Zellkontraktions-Regulators GEF-H1 durch Freisetzung von Mitochondrien. Wir konnten bereits zeigen, dass GEF-H1 wichtig für die Kontrolle von subzellulären Kontraktionspulsen ist, welche durch gekoppelten positiven und negativen Feedback generiert werden. Durch Einstellung der zytosolischen GEF-H1 Konzentration mit Licht konnten wir diese Dynamik in einzelnen Zellen kontrollieren. Neben subzellulären Kontraktionen konnten wir durch schnelle und reversible Kontrolle von GEF-H1 globale Kontraktionen in Zellen erzeugen. Dies ermöglicht eine präzise Kontrolle der Zellkontraktionsdynamik, insbesondere der Puls Anzahl, Frequenz, Dauer und Amplitude, sowohl akut über mehrere Stunden als auch chronisch über mehrere Tage.Wir schlagen nun vor, mit dieser optogenetischen Methode die Rolle dynamischer Zellkontraktionen in der Tumorprogression zu untersuchen. Wir werden diese Methode zunächst in vitro in Maus Melanoma Zellen etablieren. Anschließend werden wir diese Zellen in die Haut des Mausohrs injizieren und untersuchen, wie die Dynamik von subzellulären und globalen Zellkontraktionen Tumor-relevantes Zellverhalten beeinflusst. Insbesondere werden wir Tumorzellen und Fibroblasten als Kraft-generierende Zellen verwenden und Effekte auf die verschiedenen Zelltypen des Tumors untersuchen.Das zentrale Konzept dieses Antrags ist, dass wir endogene Kontrollmechanismen umgehen, in welchen Ursache und Wirkung wegen komplexer interzellulärer Wechselwirkungen unklar sind. Dies erreichen wir, indem wir extern und licht-abhängig dynamische Zellkontraktionen steuern. Durch selektives Erzwingen von Kontraktionen in Tumorzellen oder Fibroblasten, kombiniert mit der Messung phänotypischer Antworten in Tumor-assoziierten Zellen, können wir Ursache und Wirkung direkt unterschieden. Dies ermöglicht neue Einblicke in das komplexe Kraft-basierte Wechselspiel zwischen Tumor-assoziierten Zellarten in der Tumorprogression.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Mitverantwortlich
Privatdozent Dr. Leif Dehmelt
