Untersuchung zur Mechanik der Fokalen Adhäsionskinase in Zellen

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Grashoff
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539434708

Zell-Matrix-Adhäsion ist entscheidend für eine Vielzahl zellbiologischer Prozesse wie Zellmigration, Differenzierung und Zellüberleben, und somit für die Entwicklung und Gewebehomöostase, aber auch für pathologische Prozesse wichtig. Zell-Matrix-Adhäsion wird durch Integrin-Rezeptoren vermittelt, die makromolekulare Strukturen, sogenannten fokale Adhäsionen (FA), aufbauen, welche Hunderte von verschiedenen Molekülen umfassen. Auch wenn nicht alle dieser Proteine von entscheidender Bedeutung zu sein scheinen, so ist doch klar, dass einige Proteine für die Funktion der FA unverzichtbar sind und bei praktisch allen adhärenten Zelltypen eine wichtige Rolle spielen. Eines dieser zentralen Moleküle ist die Fokale Adhäsionskinase (FAK). FAK ist eine ubiquitär exprimierte Nicht-Rezeptor-Tyrosin-Kinase, die konstitutiv mit FA assoziiert ist. Da die FAK-Aktivität durch zahlreiche Signalkaskaden moduliert wird und FAK empfindlich auf mechanische Reize reagiert, gilt sie als zentraler Koordinator der mechano-chemischen Signalübertragung in Zelladhäsionen. Zudem ist FAK am Entstehen prominenter Krankheitsbilder beteiligt, vor allem an Fibrose und Krebserkrankungen, wo das Protein überexprimiert vorliegt und die Zellproliferation bzw. Zellinvasion fördert. Angesichts der unbestrittenen Bedeutung von FAK ist es überraschend, dass grundlegende Aspekte der FAK-Regulierung noch immer schlecht verstanden sind. So spielt FAK eine zentrale Rolle bei der Wahrnehmung und Umsetzung mechanischer Signale, aber die zugrunde liegenden Mechanismen sind noch unklar. Bestehende Modelle, die auf in-silico- und in-vitro-Studien beruhen, postulieren, dass mechanische Belastungen direkt auf das FAK-Molekül einwirken, und so seine Kinaseaktivität modulieren. Experimentelle Nachweise, dass das Molekül tatsächlich mechanischen Belastungen in Zellen ausgesetzt ist, fehlen. Wo und wann eine solche mechanische Belastung in Zellen auftritt und welche molekularen Interaktionen dafür erforderlich sind, ist natürlich ebenfalls unbekannt. Auch die nanoskalige Organisation des Moleküls und wie diese mit seiner mechano-chemischen Funktion zusammenhängt, ist weitgehend unerforscht. Wie sich einzelne FAK-Moleküle, die auch dimerisieren können, in FAs assemblieren, wo und wann die Interaktionen mit bekannten Bindungspartnern stattfindet, und wie diese Organisation durch mechanische Stimuli moduliert wird, ist ebenfalls unverstanden. Diese Beispiele verdeutlichen, dass die Funktionsweise des FAK-Moleküls auf molekularer Ebene tatsächlich nicht gut verstanden ist. Ein offensichtlicher Grund dafür ist, dass es an Ansätzen zur Untersuchung von FAK auf den relevanten (d. h. molekularen) Kraft- und Längenskalen fehlt. Daher haben wir neue Techniken entwickelt, die nun eine quantitative Untersuchung von FAK in Zellen ermöglichen. In diesem Projekt, wollen wir unsere Werkzeuge einzusetzen, um die Biologie dieses so zentralen Zelladhäsionsregulators auf molekularer Ebene zu entschlüsseln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen