Migrationsmodi von verzweigten Zellen in Netzwerken

• Antragsteller: Professor Dr. Pablo Sáez
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 561075835

Gewebe sind komplex, was die eingebetteten beweglichen Zellen dazu zwingt, sich zu verformen und eine Fülle von verzweigten Formen aufzuweisen. Ein Beispiel dafür sind Immunzellen, die das Gewebe auf der Suche nach Gefahrensignalen absuchen und innerhalb des komplexen Gewebes zu Verletzungsstellen wandern müssen. Um effizient wandern zu können, müssen die Zellen ihre Verzweigungsdynamik koordinieren, um sich in der Mikroumgebung zurechtzufinden und sich für eine neue Migrationsrichtung zu entscheiden - ein Prozess, der als direktionale Entscheidungsfindung (DDM) bezeichnet wird. Das Zytoskelett steuert, wie Verzweigungen gebildet und zurückgezogen werden, und bestimmt die Fähigkeit der Zellen, ihre Umgebung zu erkunden und mit ihr zu interagieren. Trotz ihrer eindeutigen biologischen Bedeutung sind die Mechanismen, die die Koordination zwischen Zellform und Migration stark verzweigter Zellen während der DDM ermöglichen, noch weitgehend unerforscht. Hier schlagen wir vor, experimentelle und theoretische Ansätze zu kombinieren, um das Migrationsverhalten von Immun-, Mesenchymal- und Krebszellen mit Hilfe von Mikromustern und mikrofluidischen Geräten zu untersuchen. Wir werden verschiedene Geometrien erforschen, um die Zellmigration an symmetrischen und asymmetrischen Verbindungsstellen unterschiedlicher Form und in Anwesenheit von Gradienten in der Geometrie, Adhäsion und Chemoattraktivität zu untersuchen. Wir werden die Rolle der Mikrotubuli und der fokalen Adhäsion während der DDM über asymmetrische Kreuzungen bestimmen, da wir davon ausgehen, dass sie bei der Migration über Kreuzungen mit unterschiedlichen Winkeln bzw. Adhäsionsverhältnissen eine wichtige Rolle spielen werden. Darüber hinaus werden wir das Vorhandensein von Cue-Dominanz untersuchen, wenn migrierende Zellen Pfaden mit unterschiedlichen Cues (d.h. Adhäsionskraft, Chemoattraktor) ausgesetzt sind, sowie das Migrationsverhalten in zufälligen Netzwerken. Schließlich werden wir untersuchen, wie Zellzüge DDM durchlaufen, da die Zellkommunikation diese Reaktion beeinflussen könnte. Diese experimentellen Untersuchungen werden durch ein theoretisches Modell ergänzt, das eine grobkörnige Beschreibung der internen Dynamik des Zytoskeletts, der Polarisierung der Zelle, der Dynamik der zellulären Ausstülpungen und der globalen Migration der verzweigten Zellen liefert. Das theoretische Modell legt nahe, dass stark verzweigte Zellen weniger ausdauernd sind und eher dazu neigen, ihre Polarität zu verlieren, wenn sie sich im Netzwerk bewegen, während sie möglicherweise empfindlicher auf schwache externe Gradienten reagieren. Durch die Kombination von Theorie und Experimenten in enger Zusammenarbeit wollen wir die verschiedenen Mechanismen aufdecken, die die Form und die Migrationsmuster verzweigter Zellen in Netzwerken mit unterschiedlicher Komplexität und unterschiedlichen Orientierungsmerkmalen bestimmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• Partnerorganisation: The Israel Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr. Nir Gov, Ph.D.