Untersuchung des Zusammenspiels von Biomechanik und des ERK-Signalweges während der Tumorinvasion

• Antragstellerin: Dr. Sandra Lemke
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459686752

Die Gänge der Brustdrüse bilden ein verzweigtes Netzwerk, das den Transport von Milch ermöglicht. Die Epithelgewebe der Brust können allerdings auch zur Entstehung von Brustkrebs beitragen, der häufigsten Krebsart bei Frauen. Bei tödlichen Verläufen von Brustkrebs kommt es oft zur Bildung von Metastasen. Um die Metastasierung zu blockieren, ist es entscheidend, die Mechanismen zu verstehen, die die Invasion von Tumorzellen in das umliegende Gewebe begünstigen. In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass Unterschiede von Zelle zu Zelle und die dynamische Regulierung von Signalwegen die Genexpression (Davies et al. 2020) und Prozesse wie Zellteilung, Invasion und kollektive Migration (Hallou et al. 2017; Bugaj et al. 2018) tiefgreifend beeinflussen können. Fehlregulation des Signalweges der "extracellular-signal regulated kinase" (ERK) ist bei Brustkrebs weit verbreitet (McCain 2013). Die Charakterisierung der ERK-Signaldynamik auf Einzelzellebene in invasiven 3D-Geweben war bisher technisch anspruchsvoll. Wir stellen die Hypothese auf, dass die Gewebegeometrie und der ERK-Signalweg über mechanisches Feedback integriert werden, um die Invasion zu regulieren. Um diese Hypothese zu überprüfen, werden wir biotechnologische Tools mit neu entwickelten Fluoreszenzmarkern, Signalreportern, optogenetischen Tools und 3D-Zelltracking kombinieren, um wertvolle Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie Zellen ihr dynamisches Signalverhalten entsprechend ihrer Positionierung im Gewebe regulieren. Für Projektziel 1 werden wir 3D-Gewebe mit vordefinierten Geometrien biotechnologisch herstellen und bestimmen, wie sich geometrische Vorgaben auf die Invasionsfähigkeit von Epithelzellen der Brustdrüse auswirken. Für Projektziel 2 werden wir mithilfe von Fluoreszenzreportern konfokale Videomikroskopie durchführen, um die ERK-Signaldynamik in allen Zellen innerhalb dieser Gewebe zu verfolgen und zu bestimmen, wie Zellform und -positionierung die ERK-Signale während der Invasion regulieren. Wir werden auch mithilfe von optogenetischen Tools testen, ob eine lokale und zeitliche begrenzte Aktivierung des ERK-Signalweges ausreicht, um Invasionen zu fördern oder zu hemmen. Für Projektziel 3 werden wir kürzlich entwickelte optogenetische Tools anwenden, um Zellkontraktionen spezifisch in bestimmten Zellen innerhalb von 3D-Geweben zu auszulösen und die Auswirkungen der dadurch erzeugten mechanischer Kräfte auf die ERK-Signalgebung und die Invasion zu bestimmen. Zusammenfassend wird diese Arbeit zeigen, wie Gewebegeometrie, mechanischen Kräfte und die Dynamik der ERK-Signalgebung zusammenwirken, um Tumorinvasion zu begünstigen. Dadurch werden wir Schlüsselschritte in der Metastasierungskaskade bei Brustkrebs aufdecken, die therapeutische Angriffspunkte bieten könnten. Darüber hinaus wird diese Arbeit neue Wege zur Untersuchung und Manipulation der Signalübertragung innerhalb der Tumorzellen eröffnen, die auch bei anderen Krebsarten ausgenutzt werden können.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Celeste M. Nelson, Ph.D.