Mechanobiologie der plastischen Anpassungsfähigkeit des Pigmentepithels der Retina

• Antragsteller: Dr. Jacopo Di Russo
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505891634

Epithelzellen bilden über vielfältige Zellkontakte mechanisch und biochemisch kohärente Zellverbände, die als permanente Barrieren zwischen Körperkompartimenten dienen. Dies stellt eine besondere Herausforderung für einschichtige, postmitotische Epithelien dar, in denen natürlicher Zellverlust durch dynamische Zellrekonfigurationen zur Erhaltung des funktionalen Gewebezusammenhalts kompensiert wird. Das trifft insbesondere auf das retinale Pigmentepithel (RPE) zu, das dadurch Defekte ausgleicht und so die Funktionalität der Netzhaut bei Alterungsprozessen, die mit Zelldeformation und Multinukleation einhergehen, gewährleistet. In einschichtigen Epithelia spiegeln Zellmorphologie und -organisation Spannungen und Drücke innerhalb der Schicht wider, wobei eine stabile Konfiguration wie die der idealen Wabenanordnung bevorzugt wird. Im Bereich der höchsten Photorezeptordichte weist die RPE-Monolage eine homogene Konfiguration aus fünf- bis sechseckigen Zellen auf. Im Alter und bei Krankheiten wird diese homogene Konfiguration durch Zytoskelettdefekte und steigende Zellformen- und Zellgrößenheterogenität stark beeinträchtigt. Die Anpassungsstrategie, die hier als plastische Anpassungsfähigkeit bezeichnet wird, kann sich auf die Mechanik der Monolage und damit auf die grundlegende Funktion des Gewebes auswirken. Anhand eines Mausmodells wollen wir zunächst die altersbedingten Veränderungen der Epithel-Organisation charakterisieren und quantifizieren sowie die molekularen und biophysikalischen Eigenschaften lokaler Zellschichtdefekte definieren. Zweitens wollen wir ein In-vitro-Modell eines Pigmentepithels aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen etablieren, um die Mechanobiologie der plastischen Anpassungsfähigkeit zu untersuchen. Mit Hilfe von Nanoindentation, „Traction Force Microscopy“ und „Monolayer Stress Microscopy“ werden wir die mechanische Verschiebung infolge der Akkumulation von Zellschichtdefekten bewerten. Schließlich wird der Einsatz spezifischer Hydrogele als Kultursubstrate es ermöglichen, die Rolle der biochemischen, mechanischen und topographischen Eigenschaften der extrazellulären Matrix für die plastische Anpassungsfähigkeit der RPE zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen