A concept for the physiological stiffness of a living cell

• Antragsteller: Professor Dr. Hans Oberleithner
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 146025773

• Erstellungsjahr: 2017

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Ziel des Koselleckprojekts war die Entwicklung eines Konzepts zur Mechanik lebender Zellen (Originaltitel: a concept for the physiological stiffness of a living cell). Vor Beginn der Förderung (bis 2009) wußten wir zwar, dass die Mechanik lebender Zellen aus mehreren Komponenten besteht, aber quantitativ waren kaum Daten vorhanden. Deshalb war es damals noch nicht möglich, auf der Basis einzelner qualitativer Beobachtungen ein physiologisches Konzept zur Zellmechanik zu erstellen. Im Laufe der Förderung gelang es, einzelne Schichten der Zelle quantitativ in ihren mechanischen Eigenschaften zu charakterisieren und diesen Schichten spezifische Funktionen zuzuordnen. In Zusammenarbeit mit medizinischen Grundlagenforschern konnte der Bogen von der Physiologie der Zellmechanik zur Pathophysiologie gespannt werden. Ein starker Fokus wurde auf die mechanischen Eigenschaften der biopolymeren Oberflächenschicht (Glykokalyx) gerichtet und in das physiologische/pathophysiologische Konzept der Zellmechanik aufgenommen. Als physiologisch relevante Eigenschaft einer Zelle wurde die mechanische Adhäsivität (Klebrigkeit) von Zellen untersucht und Methoden entwickelt, die eine Quantifizierung erlauben. Zentraler technischer Ansatz war die Atomic Force Mikroskopie in Kombination mit konfokaler Fluoreszenzmikroskopie. Diese Kombination erlaubte die Quantifizierung der Elastizität einzelner spezifischer Zellkomponenten. Die Arbeiten aus dem Koselleckprojekt haben die differenzielle Zellmechanik als neuen physiologischen/pathophysiologischen Parameter im Feld der biologischen/medizinischen Grundlagenforschung etabliert. Dadurch haben sich neue Perspektiven eröffnet, die gegenwärtig in der Zelltumorforschung (mechanische Interaktion zwischen Tumorzellen) und Gefäßforschung (mechanische Adhäsivität der Gefäßwände) Eingang finden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2010). Endothelial cells as vascular salt sensors. Kidney Int 77: 490‐494
  Oberleithner H, Kusche‐Vihrog K, Schillers H
  
• (2010). Real‐time monitoring of cell elasticity reveals oscillating myosin activity. Biophys J 99: 3639‐3646
  Schillers H, Walte M, Urbanova K, Oberleithner H
  
• (2011). Membrane potential depolarization decreases the stiffness of vascular endothelial cells. J Cell Sci 124: 1936‐1942
  Callies C, Fels J, Liashkovich I, Kliche K, Jeggle P, Kusche‐Vihrog K, Oberleithner H
  
• (2011). Salt overload damages the glycocalyx sodium barrier of vascular endothelium. Pflugers Arch 462: 519‐528
  Oberleithner H, Peters W, Kusche‐Vihrog K, Korte S, Schillers H, Kliche K, Oberleithner K
  
• (2012). Cortical actin nanodynamics determines nitric oxide release in vascular endothelium. PLoS One 7: e41520
  Fels J, Jeggle P, Kusche‐Vihrog K, Oberleithner H
  
• (2013). Epithelial sodium channel stiffens the vascular endothelium in vitro and in Liddle mice. Hypertension 61: 1053‐1059
  Jeggle P, Callies C, Tarjus A, Fassot C, Fels J, Oberleithner H, Jaisser F, Kusche‐Vihrog K
  
• (2013). Nanomechanics of the endothelial glycocalyx in experimental sepsis. PLoS One 8: e80905
  Wiesinger A, Peters W, Chappell D, Kentrup D, Reuter S, Pavenstadt H, Oberleithner H, Kumpers P
  
• (2013). Vascular endothelium leaves fingerprints on the surface of erythrocytes. Pflugers Arch 465: 1451‐1458
  Oberleithner H
  
• (2014). Blood pressure and amiloride‐sensitive sodium channels in vascular and renal cells. Nat Rev Nephrol 10: 146‐157
  Warnock DG, Kusche‐Vihrog K, Tarjus A, Sheng S, Oberleithner H, Kleyman TR, Jaisser F
  
• (2014). Endothelial sodium channels trigger endothelial salt sensitivity with aging. Hypertension 64: 391‐396
  Paar M, Pavenstadt H, Kusche‐Vihrog K, Druppel V, Oberleithner H, Kliche K
  
• (2015). Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator is involved in polyphenol‐induced swelling of the endothelial glycocalyx. Nanomedicine 11: 1521‐1530
  Peters W, Kusche‐Vihrog K, Oberleithner H, Schillers H
  
• (2015). Feeling for Filaments: Quantification of the Cortical Actin Web in Live Vascular Endothelium. Biophys J 109: 687‐698
  Kronlage C, Schafer‐Herte M, Boning D, Oberleithner H, Fels J
  
• (2015). Sodium renders endothelial cells sticky for red blood cells. Front Physiol 6: 188
  Oberleithner H, Walte M, Kusche‐Vihrog K
  
• (2017). Endothelial basement membrane laminin 511 is essential for shear stress response. EMBO J 36: 183‐201
  Di RJ, Luik AL, Yousif L, Budny S, Oberleithner H, Hofschroer V, Klingauf J, van BE, Bakker EN, Hellstrand P, Bhattachariya A, Albinsson S, Pincet F, Hallmann R, Sorokin LM
  
• (2017). Endothelial glycocalyx breakdown is mediated by angiopoietin‐2 Cardiovasc Res
  Lukasz A, Hillgruber C, Oberleithner H, Kusche‐Vihrog K, Pavenstadt H, Rovas A, Hesse B, Goerge T, Kumpers P
  
• (2017). Extracellular protonation modulates cell‐cell interaction mechanics and tissue invasion in human melanoma cells. Sci Rep 7: 42369
  Hofschroer V, Koch KA, Ludwig FT, Friedl P, Oberleithner H, Stock C, Schwab A