Entschlüsselung der Rolle des Aktomyosin-Umbaus und der Mechanotransduktion bei der Skelettbildung von Seeigeln

• Antragstellerin: Professorin Yael Politi, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524590563

Organismen in allen Metazoen nehmen Mineralien auf und bauen komplexe Strukturen, die sie stützen und schützen. Diese Biominerale bilden den größten Teil der fossilen Aufzeichnungen des Lebens auf der Erde. Biominerale haben oft strukturelle Eigenschaften, die weit über den Stand der Technik bei vom Menschen hergestellten Materialien hinausgehen, was die Herstellung biomimetischer Mineralstrukturen inspiriert. Aus all diesen Gründen ist die Frage, wie Zellen die Form und die Eigenschaften von Mineralien steuern, sowohl für Entwicklungs-, Zell- und Evolutionsbiologen als auch für Materialwissenschaftler faszinierend, doch sind die molekularen Mechanismen, die die Biomineralisierung steuern noch lange nicht geklärt. Vieles deutet darauf hin, dass das Actomyosin-Netzwerk bei der Biomineralisierung in Eukaryonten beteiligt ist, von kalzifizierenden und verkieselnden Einzellern bis hin zur Knochen- und Zahnentwicklung bei Wirbeltieren. Das Actomyosin-Netzwerk ist ein wesentlicher Bestandteil der Mechanosensorik und Mechanotransduktion, also der Fähigkeit von Zellen, die mechanischen Eigenschaften der extrazellulären Umgebung wahrzunehmen und darauf zu reagieren. Es ist jedoch noch nicht bekannt, welche Aspekte der Biomineralisierung Mechanosensorik und Mechanotransduktion erfordern und welche Effektorproteine an diesem Prozess beteiligt sind. Das übergeordnete Ziel dieses Vorhabens ist es, die Rolle der Actomyosin-Umstrukturierungs- und Adhäsionsproteine bei der Kontrolle des Mineralwachstums und der Gestaltung der Mineralmorphologie am Beispiel von Seeigel-Embryonen und skelettbildenden Zellkulturen zu entschlüsseln. Wir haben bereits Actomyosin-Umbau- und Adhäsionsproteine identifiziert, die für die Skelettbildung des Seeigels von zentraler Bedeutung sind und an der Knochenbildung und -homöostase beteiligt sind, z. B. die RhoA-assoziierte Coil-Coil-Kinade (ROCK), CDC42 und die Focal Adhesion Kinase (FAK). Wir werden zunächst die Proteine identifizieren, die von ROCK, CDC42 und FAK reguliert werden, indem wir proteomische und phospho-proteomische Analysen durchführen und wir werden zudem ihre Funktion in lebenden Seeigel-Embryonen untersuchen. Wir werden dann Seeigel-Skelett-Zellkulturen verwenden, um mit Hilfe fortschrittlicher Licht- und Elektronenmikroskopie räumlich-zeitliche Untersuchungen durchzuführen. Wir werden das Skelettwachstum, die Morphologie und die molekularen Marker unter Kontrolle und bei Störungen der oben genannten Proteine untersuchen, um Einblicke in die molekulare Kontrolle der Ablagerung und des Wachstums von Biomineralien zu gewinnen. Die komplementären Ansätze und das Fachwissen der drei PIs werden es uns ermöglichen, die Wechselwirkungen zwischen dem Actomyosin-Umbaunetzwerk und den Adhäsionsproteinen aufzudecken und herauszufinden, wie diese Wechselwirkungen das Wachstum und die Form der sich bildenden Biomineralien steuern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländ. Mitantragstellerinnen / ausländische Mitantragsteller: Professorin Smadar Ben-Tabou de-Leon, Ph.D.; Professor Haguy Wolfenson, Ph.D.