Patterning of cell-to-cell variability through cross talk between cell adhesion and endocytosis

• Antragstellerin: Dr. Katharina Schönrath
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 232524173

Bislang wurde Variabilität in experimentellen Messungen allgemein als hinderlich angesehen und es galt diese soweit wie möglich einzuschränken. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die zwischen einzelnen Zellen einer Zellpopulation gemessene Variabilität genutzt werden kann, um kausale Zusammenhänge und molekulare Mechanismen aufzudecken. In dieser Studie soll erstmalig die Zell-Matrixadhäsion basierend auf Analysen der interzellulären Variabilität in der Menge, Anordnung und Signalgebung von Integrinrezeptoren sowie in der Zusammensetzung der extrazellulären Matrix untersucht werden. Durch diese Art von Analysen können bisher unbeschriebene regulatorische Netzwerke für eine zelluläre Funktion ermittelt werden, die für Embryogenese und die Aufrechterhaltung von Geweben sowie für die Entstehung von Krankheiten wie Krebs und Autoimmunität von Bedeutung ist. Ich werde darüber hinaus potentielle Ursachen für interzelluläre Variabilität verifizieren, im speziellen Parameter der zellulären Mikroumgebung. Des Weiteren, ist es ein Hauptanliegen dieser Studie basierend auf den identifizierten Strukturen interzellulärer Variabilität erstmalig eine integrative Darstellung der verschiedenen Determinanten von Zelladhäsion, im Allgemeinen und im Zusammenspiel mit Endozytose, zu schaffen. Dadurch können diejenigen Mechanismen bestimmt werden, die der Anpassung des adhäsiven Vermögens und der endozytotischen Aktivität einer Zelle an ihre Mikroumgebung zu Grunde liegen, was wiederum entscheidend ist, um nachzuvollziehen wie einzelne abnorme Zellen zur Entstehung und Progression von Krankheiten beitragen können. Quantitative Einzelzelldaten, die sich zur Modellierung biologischer Prozesse eigenen, stehen gegenwärtig nur begrenzt zur Verfügung. Ich werde Hochdurchsatzfluoreszenzmikroskopie und bildgebungsgestützte Analysen anwenden, um in einer Vielzahl von Einzelzellen hunderte quantitative Merkmale der Integrin-vermittelten Adhäsion und endozytotischer Aktivität zu messen und deren Zusammenspiel zu beschreiben. Zusammen mit der Parametrisierung der Mikroumgebung jeder Einzelzelle wird dieser umfangreiche Datensatz die Grundlage für datenbasierte Modelle bilden, um Kausalzusammenhänge abzuleiten und Rückkopplungsmechanismen zu identifizieren. Derartige Modelle haben sich bei der Entschlüsselung zellulärer Abläufe und für die Entwicklung neuer Strategien in der Therapie von Krankheiten bereits bewährt. Neben der Generierung neuer biologischer Daten werden in diesem Projekt ebenfalls die Methoden zur experimentellen Erfassung und computergestützten Analyse von Einzelzelldaten weiterentwickelt. Es wird eine neuartige Methode für experimentelles Multiplexing entwickelt und angewendet werden, um gleichzeitig die Menge, die Lokalisation und gegebenenfalls die Aktivität unterschiedlichster Zielproteine in ein und derselben Probe nachzuweisen. Diese Methode hat das Potential zukünftige Analysen jeglicher zellulärer Prozesse grundlegend zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Gastgeber: Professor Dr. Lucas Lodewijk Pelkmans