Biophysikalische Mechanismen zur Ausprägung der mechanischen Eigenschaften von Basalmembranen in der Epithelmorphogenese

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Christian Dahmann; Professorin Dr. Elisabeth Fischer-Friedrich
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 583240001

Basalmembranen sind extrazelluläre Matrizen, die ein steifes Substrat für Epithelgewebe bilden. Sie bestehen aus polymeren Kollagen IV und Laminin-Proteinen sowie aus Crosslinkern wie Nidogen und Perlecan. Der Protein-Turnover in Basalmembranen ist langsam (Stunden), so dass Basalmembranen elastische Spannungen auf morphogenetischen Zeitskalen speichern können. Die Dehnung der Basalmembran innerhalb der Ebene trägt zur Basalspannung der Epithelien bei. Kürzlich publizierte Arbeiten haben gezeigt, dass die mechanischen Eigenschaften von Basalmembranen, einschließlich der Steifigkeit und der Dehnung in der Ebene, die Morphogenese von Epithelien beeinflussen. Wie die mechanischen Eigenschaften von Basalmembranen gesteuert werden, ist noch wenig bekannt. Hier schlagen wir vor, zwei gut etablierte und komplementäre Modellsysteme, Epithelzystenkulturen von Säugetieren und Flügelscheiben von Drosophila, in Kombination mit Genetik, zellbiologischen Techniken und Rasterkraftmikroskopie (AFM) einzusetzen, um biophysikalische Mechanismen aufzudecken, die die mechanischen Eigenschaften und die Architektur von Basalmembranen beeinflussen. Im ersten Teil des Projekts wollen wir untersuchen, wie Zellproliferation und Zelldichte die Dicke, Steifigkeit und Dehnung der Basalmembran beeinflussen und zugleich die damit einhergehenden Veränderungen der Zell- und Gewebeform erfassen. Zweitens werden wir untersuchen, ob räumliche Muster in der Proliferationsrate oder der Aktomyosinaktivität zu räumlichen Mustern in der Basalmembrandicke und Basalspannung führen. Drittens werden wir auf der Grundlage der Beobachtung, dass molekulare Verbindungen zwischen Zellen und Basalmembranen eine kurze Lebensdauer haben und Turnover unterlaufen, feststellen, ob Zellen entkoppelt von ihrer Basalmembran verschoben werden. Viertens werden wir angesichts der Tatsache, dass Gradienten in mechanischem Stress eine treibende Kraft für den Materialtransport darstellen können, prüfen, ob Gradienten in der Basalspannung Materialflüsse innerhalb der Basalmembran auslösen, die zu Heterogenitäten der Basalmembran führen, die auf die Morphogenese des Epithels regelnd einwirken. Wir erwarten, dass unsere Forschung grundlegende Prinzipien zur Kontrolle der mechanischen Eigenschaften von Basalmembranen während der Epithelmorphogenese identifiziert und dadurch einen wesentlichen Beitrag zur Weiterentwicklung der Mechanobiologie und Entwicklungsbiologie leisten wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen