Biomechanischer Sch alter reguliert, wie Zellen zusammenh alten und kommunizieren

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Biomechanischer Sch alter reguliert, wie Zellen zusammenh alten und kommunizieren
Biomechanischer Sch alter reguliert, wie Zellen zusammenh alten und kommunizieren
Anonim

Wissenschaftler des Weizmann-Instituts schlagen ein Modell vor, das die Zelladhäsion reguliert - von zentraler Bedeutung für die Embryonalentwicklung, die Zellbewegung und die Kommunikation

„Harte Zeiten“, oder genauer gesagt, die Exposition gegenüber starren Umgebungen, verstärkt die Tendenz von Zellen, enge Adhäsionen zu bilden und zu kommunizieren, so eine aktuelle Studie des Weizmann-Instituts, die in der März-Ausgabe von Nature Cell Biology veröffentlicht wurde. Die Ergebnisse zeigen einen neuen Parameter, der die Zellanhaftung reguliert, nämlich die physikalischen Eigenschaften der unmittelbaren Umgebung.

Zelladhäsion, bei der Zellen an benachbarte Zellen und an die extrazelluläre Matrix zwischen ihnen binden, ist entscheidend für die Bildung von Geweben und Organen sowie für die Zellbewegung und den Informationsaustausch zwischen Zellen, bekannt als Signalübertragung. Eine beeinträchtigte Adhäsion kann zum Ausbruch von Krankheiten wie Krebs führen. Wenn Zellen von einer umgebenden Matrix abgelöst werden, sterben sie normalerweise innerhalb kurzer Zeit ab, ein Prozess, der Anoikis genannt wird, griechisch für Obdachlosigkeit.

Migration, während sie die Umgebung wahrnehmen, bis sie ihren spezifischen Ort finden, Zellen werden verankert, vermehren sich und entwickeln sich. Doch was ist die Dynamik dieses Mechanismus? Welche Hinweise gibt es in einem lebenden Organismus, die die Adhäsionseigenschaften beeinflussen und eine Zelle anweisen, ihren Standort zu ändern, sich zu verbinden oder zu trennen? Das wollte das Weizmann-Team um Prof. Benjamin Geiger vom Lehrstuhl für Molekulare Zellbiologie herausfinden.

Die Forschungsgruppe umfasste den Doktoranden Eli Zamir und die Professoren Zvi Kam und Alexander Bershadsky von der Abteilung für Molekulare Zellbiologie, zusammen mit Kenneth Yamada von den National Institutes of He alth (NIH) und Ben-Zion Katz von der Tel Aviv Medical Center.

Frühere Studien dieser Gruppe hatten gezeigt, dass Zelladhäsionsstellen eine außergewöhnliche strukturelle und molekulare Vielf alt aufweisen. Sie entdeckten die Existenz von zwei Haupttypen von Adhäsion: „fokale Kontakte“, die sich hauptsächlich an der Zellperipherie befinden, die enge Adhäsionen bilden und eine wichtige Rolle bei der zellulären Signalübertragung spielen, und „fibrilläre Adhäsionen“, die verstreute Verbindungen bilden und hauptsächlich in der Umgebung gefunden werden die Zellenmitte.

Mobile Nachrichten von Mobile Adhesions

Mobile Adhäsionen? Klingt paradox, aber Zelladhäsionen sind laut der Weizmann-Studie tatsächlich mobil, und diese Eigenschaft wird gemeinsam durch die Starrheit der Umgebung und die zelluläre Kontraktilität reguliert. Unter Verwendung digitaler mikroskopischer Analysen in Kombination mit fluoreszierenden Proteinen, die in lebenden Zellen exprimiert wurden, nahm das Team Zeitraffer-„Filme“auf, die die Mobilität und das Schicksal von Zelladhäsionen in verschiedenen Umgebungen aufzeigten.

Fibrilläre Adhäsionen und fokale Kontakte entstanden nahe der Zellperipherie zusammen und trennten sich dann.Während fokale Kontakte im Allgemeinen an Ort und Stelle bleiben, werden fibrilläre Adhäsionen durch ein Förderband – das kontraktile Mikrofilamentsystem der Zelle – kontinuierlich in Richtung Zellzentrum transportiert.

Überraschenderweise fanden die Forscher heraus, dass neben der chemischen Natur der Umgebung auch ihre physikalischen Eigenschaften bei der „Demographie“der Adhäsion eine Rolle spielen. Es wurde gezeigt, dass die Starrheit der umgebenden Matrix als "mechanischer Sch alter" dient, der die Dynamik der Zelladhäsion beeinflusst. Fokale Kontakte entstehen bei der Wechselwirkung mit einer starren Matrix und bleiben weitgehend unbeweglich, während die Wechselwirkung mit einer flexiblen Matrix zur Bildung von fibrillären Adhäsionen führt, die dann zusammen mit ihren begleitenden Proteinen in Richtung Zellzentrum transportiert werden. "Zellen zeigen einen taktilen Sinn, der sie über Veränderungen in ihrer Umgebung informiert", sagt Geiger. „Während früher angenommen wurde, dass die Zelladhäsion in erster Linie von den Arten von Molekülen beeinflusst wird, denen eine Zelle begegnet, hat sich herausgestellt, dass auch physikalische Signale die Adhäsion und die Entscheidung einer Zelle beeinflussen, in einer bestimmten „Nachbarschaft“Wurzeln zu schlagen oder sich alternativ zu trennen und zu bewegen an.'

Veränderliche physische Umgebungen sch alten auch Zellkommunikationsleitungen ein, schlägt die Studie vor. Frühere Forschungen von Bershadsky und anderen hatten gezeigt, dass Hochspannungsumgebungen zu einer verstärkten Signalübertragung führen und eine kaskadierende Nachricht auslösen, die von der Zellperipherie zu ihrer Kommandozentrale – dem Zellkern – übertragen wird. Dieses Verständnis passt gut zu der jüngsten Entdeckung, dass starre Umgebungen mit hoher Spannung die Bildung von fokalen Kontakten antreiben, die durch verstärkte Phosphorylierung gekennzeichnet sind – ein wesentliches Element der Zellkommunikation und Signalübertragung.

Auf Anfrage ist ein Farbbild zur Demonstration der Zelladhäsionsdynamik erhältlich. Das Bild ist auch gepostet unter:

Diese Studie wurde von der Israel Science Foundation, dem Yad Abraham Center for Cancer Diagnosis and Therapy und der Minerva Foundation finanziert.

Prof. Geiger hat den Erwin-Neter-Lehrstuhl für Zell- und Tumorbiologie inne. Prof. Kam ist Inhaber des Israel-Pollak-Lehrstuhls für Biophysik.

Das Weizmann Institute of Science ist ein bedeutendes Zentrum für wissenschaftliche Forschung und Graduiertenstudien in Rehovot, Israel.

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