Optogenetische Kontrolle des Zellverhaltens (MechanoSwitch)

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Schwarz
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390978043

Zelluläre Entscheidungsprozesse in komplexen Umgebungen werden sowohl durch biochemische als auch durch mechanische Signale bestimmt. Für adhärente Zellen wurde gezeigt, dass sie mechanische Kräfte erzeugen, um die Adhäsivität und Steifigkeit ihrer Umgebung zu erfühlen, mit dramatischen Konsequenzen für Migration, Differenzierung und Zelltod. Normalerweise wird die zelluläre Antwort auf die Umgebungssteifigkeit in einer statischen Art und Weise gemessen, zum Beispiel indem Zellkräfte und Mechanotransduktion auf elastischen Substraten verschiedener Steifigkeit gemessen werden. Dagegen ist viel weniger darüber bekannt, wie Zellen und ihre Umgebung in einem dynamischen Kontext wechselwirken, obwohl das der Normalfall ist in der Entwicklung, bei der Wundheilung oder während der Metastasis. Das Projekt "MechanoSwitch" wird kürzlich erzielte Erfolge in der Optogenetik verwenden, um zu untersuchen, wie Zellen ihren Tastsinn in einer dynamischen Art und Weise verwenden und wie man Zellen mit Licht steuern kann. Wir werden Zellen mit optischer Mikroskopie live verfolgen, ihre Kräfte kontinuierlich mit elastischen Substraten und Zellkraftmikroskopie messen, und ihre Kontraktilität dynamisch mit Optogenetik steuern. Mathematische Modelle für Zellorganisation und Zellbewegung werden zunächst durch die Experimente parametrisiert und dann verwendet, um neue Experimente zu planen. Indem wir die optimalen Beleuchtungsmuster für die Optogenetik vorhersagen, werden wir Zellen durch komplexe Umgebungen leiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Martial Balland, Ph.D.