Koordination von Rho- und Rap-GTPasen in der Zellmorphodynamik

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Leif Dehmelt
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505428900

In der direktionalen Migration erkunden Zellen ihre Umgebung durch dynamische Zyklen von Zellausstülpungen und Zellretraktionen. In physiologischen Migrations-Prozessen wie in der Wundheilung, müssen diese Zellformänderungen miteinander und mit der Zelladhäsion räumlich-zeitlich koordiniert werden. In pathologischen Prozessen, wie in der Metastasierung von Krebszellen, sind diese Prozesse hingegen nicht korrekt reguliert und koordiniert. In diesem Forschungsprojekt soll untersucht werden, wie intrazelluläre Signalnetzwerke diese Prozesse steuern. Kleine GTPasen spielen hierbei eine wichtige Rolle. Insbesondere regulieren Rap-GTPasen die Zelladhäsion und Rho-GTPasen dynamische Zellausstülpungen und Retraktionen. Die Aktivität dieser kleinen GTPasen wird hierbei lokal in sub-zellulären Bereichen durch die Kombination biochemischer Reaktionen mit Diffusionsprozessen reguliert. Positive und negative Rückkopplungsmechanismen generieren pulsierende und wellenförmige Aktivitätsmuster, welche die dynamischen, lokalen Zyklen von Zellausstülpungen und Zellretraktionen kontrollieren. In diesem Projekt werden wir die Rückkopplungsmechanismen untersuchen, durch welche intrazelluläre Aktivitätsmuster von Rap-GTPasen generiert werden, und wie diese Aktivitätsmuster mit Rho-GTPasen und assoziierten Zellformänderungen gekoppelt sind. Um diese Fragestellungen zu untersuchen, verwenden wir von uns entwickelte Methoden, welche eine Kombination von akuten optogenetischen oder photochemischen Signalnetzwerkstörungen mit der parallelen Messung von mehreren Signalnetzwerkantworten ermöglichen. Wir kombinieren diese experimentellen Untersuchungen mit theoretischen Ansätzen, um ein quantitatives Verständnis dieser komplexen Systeme zu erlangen.Wir erwarten, dass diese Studien neue Erkenntnisse über die Mechanismen aufdecken, welche die lokale Aktivitätsdynamik von Rap- und Rho-GTPasen in der Zellmigration regulieren, und Vorhersagen darüber ermöglichen, wie Veränderungen in diesem System zu pathologischem Migrationsverhalten, wie in der Metastasierung von Krebszellen führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen