Der intrazellulare mechanische Fingerabdruck: Bestimmung der Proteine welche die intrazellulären aktiven mechanischen Eigenschaften kontrollieren.

• Antragsteller: Professor Dr. Timo Betz
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516046415

Die Entzifferung der intrazellulären Mechanik und der aktiven Krafterzeugung in lebenden Zellen ist der Schlüssel zum quantitativen Verständnis vieler grundlegender zellulärer Prozesse. Trotz mehr als zwei Jahrzehnte intensiver Forschung wissen wir immer noch sehr wenig über die intrazelluläre Mechanik, ganz zu schweigen davon, wie diese mechanischen Eigenschaften von der Zelle gesteuert werden. Unter Verwendung eines kürzlich etablierten „Fingerabdrucks“ der interzellulären aktiven Mechanik, werden wir aktive und passive Mikrorheologie mit einem synergistischen Bottom-up- und Top-down-Ansatz kombinieren, um zu bestimmen welche Proteine zum einen die intrazellulären viskoelastischen Eigenschaften und zum anderen die aktive Krafterzeugung im Zytoplasma kontrollieren. Während der Bottom-Up-Ansatz die Wirkung von pharmakologisch stimulierten Protein- und Funktionsänderungen direkt bestimmt, werden wir einen Top-Down-Ansatz verwenden um herauszufinden, welche Proteine mit Änderungen der mechanischen Eigenschaften korrelieren. In diesem Sinne werden wir die kürzlich eingeführte Idee eines Mechanoms auf eine neue Ebene heben. Der Bottom-up-Ansatz basiert auf HeLa-Zellen, die mit bekannten Inhibitoren kombiniert werden, aber auch mit moderner CRISPR/dCas9-basierter Proteinexpressionstechnik. Der CRISPR-Ansatz wird es ermöglichen, jedes Zielprotein zu regulieren. Im Top-Down-Ansatz verfolgen wir den mechanischen Fingerabdruck bei der Differenzierung von iPSCs zu drei verschiedenen Zelllinien. Unsere Vorversuche zeigen, dass es tatsächlich wichtige Unterschiede in der intrazellulären Mechanik gibt, wenn man Neuronen, Muskelzellen und Lungenepithelzellen vergleicht. Während der Differenzierung in diese drei verschiedenen Zelllinien werden wir außerdem regelmäßig das Proteom bestimmen und dann das Proteinexpressionsniveau des vollständigen Proteoms mit dem mechanischen Fingerabdruck vergleichen. Mittels moderner Korrelationsansätze werden wir Proteinkandidaten bestimmen, die für die verschiedenen Parameter des mechanischen Fingerabdrucks verantwortlich sind. Diese Kandidaten werden dann sowohl im iPSC- als auch im HeLa-Kontext überprüft, um festzustellen, welches Protein in der Lage ist eine definierte mechanische Eigenschaft zu verändern.Insgesamt hat dieser Ansatz das Potenzial, das neue Gebiet der Mechanomik auf eine neue Ebene zu heben, indem er klare quantitative Daten liefert, die Proteinexpressionsmuster mit der intrazellulären Mechanik in Beziehung setzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen