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Zelladhäsion

Die Adhäsion von Zellen stellt in multizellulären Organismen eine zwingende Grundvoraussetzung für die Entstehung übergeordneter Strukturen wie Gewebe und Organe dar. Ermöglicht wird diese in tierischen Organismen durch den Aufbau spezifischer, hochkomplexer Strukturen mit denen die Zelle in Ihrer Umgebung verankert ist. Hierbei können Adhäsionsstrukturen sowohl zu umgebenden Zellen als auch im Besonderen zu der die meisten Zellen umgebenden extrazellulären Matrix aufgebaut werden. In ihrer Gesamtheit stellen Adhäsionsstrukturen damit die einzigen mechanischen Verbindungen dar die in Organismen auf zellulärer Ebene existieren. Aus diesem Grund sind zelluläre Adhäsionen für jede Art von zellmechanischer Eigenschaft, mechanischer Funktion sowie mechanischer Signalerkennung- bzw. Signalerzeugung absolut essentiell. Eine Analyse zellulärer Mechanik muss daher mit einem strukturellen sowie funktionellen Verständnis der zugrundeliegenden Adhäsionsstrukturen einhergehen. Dieses wird im Besonderen im Vergleich von Zelltypen deutlich, die unterschiedlichste mechanische Funktionen ausüben. In diesen Zelltypen passen sich auch die Adhäsionsstrukturen dynamisch an und können sich beispielsweise verstärken, streng regulierte Protein-Austauschdynamiken zeigen oder aber ihre Proteinzusammensetzung komplett ändern. Gleiches gilt für Adhäsionsstrukturen als Reaktion auf von außen an die Zelle angelegte mechanische Signale. Es entstehen dadurch ganz unterschiedliche Adhäsionsstrukturen wie Fokalkomplexe, Fokaladhäsionen, Costamere (alles Zell-Matrix Adhäsionen), oder Desmosomen (Zell-Zell Adhäsion).

Zytoskelette Myozyte und FibroAdhäsionsstrukturen unterschiedlicher Zelltypen (links Herzmuskelzelle, rechts Fibroblast) unterscheiden sich zum Teil sehr deutlich im Aufbau ihres Aktinzytokeletts (grün) sowie ihrer Adhäsionsstrukturen (rot, markiert ist das Protein Vinculin). Dieser unterschiedliche Aufbau hat drastische Auswirkungen auf die mechanischen Funktionen der Zellen.

Entscheidend für die Funktion derartiger Adhäsionsstrukturen ist ein Zusammenspiel aus intrazellulärem Zytoskelett, Transmembranproteinen sowie Proteinen, die diese beiden Komponenten miteinander verknüpfen. Speziell Zell-Matrix und Zell-Zell Adhäsionen unterscheiden sich stark in ihrer Proteinzusammensetzung. Trotz allem scheint es so zu sein, dass ein Übergang sowohl zwischen allen bekannten Zell-Matrix Adhäsionstypen als auch zum Teil zwischen Zell-Matrix und Zell-Zell Adhäsionen in Abhängigkeit von äußeren, speziell mechanischen Parametern möglich ist. Wir untersuchen daher im Detail Struktur und mechanische Funktion von Fokalkomplexen und Fokaladhäsionen, sowie deren Übergang ineinander, Struktur und mechanische Funktion von Costameren sowie den wechselseitigen Einsatz von Desmosomen bzw. Fokaladhäsionen in Abhängigkeit äußerer Parameter. Diese Untersuchungen werden derzeit an Keratinozyten, Myozyten sowie unterschiedlichen Fibroblastenarten durchgeführt und immer von zellmechanischen Analysen begleitet.

Ansprechpartner: Dr. Bernd Hoffmann


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