Analyse der supermolekularen Struktur und Funktion des apikalen Zelladhäsionskomplexes

• Antragsteller: Professor Dr. Alf Honigmann
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biophysik ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565330023

Der apikale Zellkontaktkomplex (engl. AJC) spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulation der Gewebepermeabilität, der Zellpolarität und der mechanischen Homöostase von Epithelgeweben. Dieses Projekt zielt darauf ab, einen Zusammenhang zwischen den Funktionen und der molekularen Organisation des AJC in Epithelgeweben herzustellen. Die Hauptziele sind: Charakterisierung der AJC-Struktur (WP1): Durch die Kombination von hochauflösender STED-Mikroskopie mit 3D-Gewebekultur (MDCK-Zysten) möchten wir die supramolekulare Organisation des AJC in epithelialen Zellen von Säugetieren kartieren. Mit einer speziell entwickelten Bildanalyse- und Modellierungs-Pipeline werden wir die Verteilung von 20-30 AJC-Proteinen quantifizieren, um zu verstehen, wie die apikale Domäne, Tight Junctions (TJ) und Adherens Junctions (AJ) miteinander verbunden sind und mit dem Zytoskelett interagieren. Verständnis molekularer Abhängigkeiten (WP2): Mithilfe genetischer Knockouts und gezielter Störungen werden wir untersuchen, wie spezifische TJ- und AJ-Proteine zur strukturellen Organisation des AJC beitragen. Durch die Analyse von Mutanten, die die AJC-Struktur verändern, wird das Projekt die Redundanz, Robustheit und funktionellen Beiträge einzelner Komponenten des AJC bestimmen. Erforschung mechanischer Rückkopplungen (WP3): Um zu verstehen, wie die Struktur des AJC mit der mechanischen Spannung der Zellcortex zusammenhängt, werden wir untersuchen, wie akute Störungen von AJ- und TJ-Proteinen die Spannungen an den Zellkontakten beeinflussen. Dazu verwenden wir Laserablation zur Quantifizierung von Spannungen sowie Optogenetik, um die Spannung gezielt zu erhöhen und die ultrastrukturelle Antwort des AJC zu analysieren. Durch die Integration von struktureller Analyse, genetischer Bearbeitung und biophysikalischen Analysen wird dieses Projekt ein umfassendes Modell der Struktur-Funktions-Beziehung des AJC aufbauen. Die Ergebnisse werden die molekularen Grundlagen der epithelialen Integrität, Mechanismen der Gewebemechanik und die mit AJC-Dysfunktion verbundenen Krankheitswege, wie etwa Krebs und entzündliche Erkrankungen, beleuchten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen