NanoPlan - Entschlüsselung des molekularen Bauplans integrin-basierter Zell-Adhäsionen.

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Grashoff
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316712267

Die Adhäsion von Zellen an die extrazelluläre Matrix (EZM) ist für viele entwicklungsbiologische und pathophysiologische Prozesse von fundamentaler Bedeutung. Sie wird von Integrin-Rezeptoren vermittelt, die einerseits eine große Anzahl an extrazellulären Liganden binden und andererseits in sogenannten Fokalen Adhäsionen (FAs) an das intrazelluläre Aktin-Zytoskelett koppeln. FAs sind komplexe Assemblierungen, die hunderte von unterschiedlichen Proteinen enthalten, welche mechanische und chemische Signale prozessieren. Die molekularen Prozesse, die der Funktion von FAs unterliegen, sind jedoch weitestgehend unverstanden. Darüber hinaus exprimieren Säugerzellen 24 unterschiedliche Integrin-Rezeptoren, die sich durch spezifische Liganden-Affinität und Signalverhalten auszeichnen. Wie die Integrin-Rezeptor Spezifität zu Stande kommt ist ebenfalls unklar, denn das Fehlen von geeigneten Zellsystemen und ausreichend sensitiven Analysetechniken hat bislang ein genaueres Verständnis behindert. Wir, die Teilnehmer dieses Französisch-Deutschen Konsortiums, haben nun Technologien entwickelt, welche eine detaillierte Analyse ermöglichen werden. Wir haben Zellsysteme erstellt, mit denen sich bestimmte Integrin-Rezeptoren und FA-Proteine untersuchen lassen, und super-aufgelöste Mikroskopie-Verfahren entwickelt, mit denen das Organisationsverhalten einzelner Moleküle bestimmt werden kann. Zudem haben wir Massenspektroskopie-Methoden etabliert, um die molekulare Zusammensetzung von FAs genau zu untersuchen und wir haben Biosensoren generiert, welche die Messung von mechanischen Kräften von nur wenigen Piconewton entlang einzelner Proteine in Zellen erlauben. Wir beantragen daher, unsere Techniken zusammenzuführen, um die Nano-Architektur, das chemischen und mechanischen Signalverhalten von FAs in Abhängigkeit von bestimmter Integrin-Rezeptoren zu untersuchen.Im ersten Teil des Projektes werden wir Zellen auf nano-strukturierten Oberflächen mit super-aufgelöster Mikroskopie und Einzel-Molekül-Verfolgung untersuchen, um den Einfluss des Liganden-Abstandes auf die Nano-Architektur von FAs zu untersuchen; molekulare Kraftsensoren werden verwendet, um Integrin-vermittelte Kraftübertragung zu quantifizieren. Im zweiten Teil werden wir die Rolle einzelner FA Proteine bestimmen. Hier werden wir eine Reihe genetisch-modifizierte Zell-Linien auf nano-strukturierten Oberflächen mit super-aufgelöster Mikroskopie und molekularer Kraftmikroskopie untersuchen. Schließlich werden wir den Einfluss von extern-applizierten mechanischen Kräften auf das Verhalten einzelner Integrine und FA-Proteine mit den dann etablierten Techniken charakterisieren.Die beantragten Experimente sollten beispiellose Einblicke in den molekularen Bauplan von Integrin- Adhäsionen liefern und wir erwarten, dass die Ergebnisse für die Zelladhäsions-Gemeinde von großem Interesse sein werden. Darüber hinaus sollten die molekularen Konzepte und entwickelte Techniken von generellem Interesse sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Grégory Giannone, Ph.D.; Dr. Olivier Rossier