Untersuchung der molekularen Mechanismen chronisch-entzündlicher Signalwege während der intestinalen Fibrose durch Mechanosensorik

• Antragsteller: Andrew G. Clark, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569500933

Zelluläre Mechanosensorik spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung verschiedener biologischer Prozesse wie der Erhaltung und Differenzierung von Stammzellen, der Zellteilung und dem Zelltod. Eine der langfristigen Folgen chronischer Entzündungen von beispielsweise entzündlichen Darmerkrankungen (CED) wie Morbus Crohn oder Colitis ulcerosa ist eine mechanische Versteifung des Gewebes, welche zu Fibrose führt. Es ist jedoch unklar, wie die Fibrose die Zellfunktionen beeinflusst oder die Entzündungssignale in diesem Zusammenhang moduliert. Im Arbeitsprogramm wird untersucht, wie die Mechanosensorik die Reaktion von Darmepithelzellen auf entzündliche Zytokine beeinflusst. In ersten Experimenten mit Darmorganoiden haben wir Interleukin (IL)-13, ein Zytokin, das bei CED häufig hochreguliert wird, als Regulator der Darmbarrierefunktion und der Differenzierung von Darmstammzellen identifiziert. Unsere weiteren vorläufigen Daten, bei denen Darmorganoid-Monolayer verwendet wurden, deuten darauf hin, dass die Mechanosensorik und die IL-13-Signalgebung synergieren, um die Differenzierung in sekretorische Zelllinien voranzutreiben. Die Blockierung entweder der Mechanosensorik oder der IL-13-Effektoren hebt die von der Steifigkeit und IL-13 abhängigen Veränderungen auf, was auf eine gegenseitige Abhängigkeit dieser Wege hindeutet. Auf der Basis dieser vorläufigen Ergebnisse schlagen wir ein interdisziplinäres Forschungsprogramm vor, welches neueste primäre Organoid-Kulturtechniken, quantitativ hochauflösende Mikroskopie, Mechanobiologie-Assays und In-vivo-Mausmodelle kombiniert, um die Mechanismen der Synergie zwischen Mechanosensorik und IL-13 aufzuklären. Zu diesem Zweck werden wir eine Kombination aus genetischen und chemischen Interventionen und Fluoreszenzreporter von IL- 13-Signalkomponenten in Organoiden verwenden, um die molekularen Mechanismen der IL-13- Mechanosensorik zu untersuchen. Als Nächstes werden wir durch Mechanobiologie, einschließlich Traktionskraftmikroskopie, Laserablation und Biosensoren für mechanische Spannungen, in Kombination mit funktionellen Inhibitionsexperimenten die direkten und indirekten Mechanotransduktionswege ermitteln, der für die mechanosensorische Reaktion verantwortlich ist. Schließlich werden wir fluoreszierende Reporter für nachgeschaltete Signalwege in Organoiden einsetzen, um die Mechanosensorik und die IL-13-Signalübertragung mit Veränderungen der Zelldifferenzierung zu verknüpfen. Wir werden unsere mechanistischen Erkenntnisse aus Organoid-Monolayer mit 3D-Organoiden validieren, die in hybride Polymer- /ECM-Netzwerke eingebettet sind. Wir werden diese Ergebnisse anhand eines Mausmodells für Colitis und Organoiden, die aus diesen Mäusen gewonnen wurden, weiter validieren. Insgesamt wird diese Arbeit grundlegende Mechanismen der Mechanosensorik in Epithelzellen aufdecken und künftige Perspektiven für die Behandlung von CED durch gezielte Beeinflussung von Mechanotransduktionswegen eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen