Entschlüsselung der Funktion der Scherströmung bei der Regulierung der biomechanischen Interaktionen von Endothelzellen mit intrazellulären bakteriellen Krankheitserregern

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Effie Bastounis, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 532757564

Endothelzellen (EC), die das innere Lumen von Blutgefäßen auskleiden, sind aufgrund des über ihre Oberfläche fließenden Blutes ständig Scherspannungen (SS) ausgesetzt. Während die Auswirkungen von Flüssigkeits-SS auf die Regulierung verschiedener Aspekte des Verhaltens der EC und auf die Entstehung von Krankheiten (z. B. Atherosklerose) bereits untersucht wurden, ist wenig darüber bekannt, wie Flüssigkeits-SS die Interaktionen von ECs mit intrazellulären bakteriellen Pathogenen wie Listeria monocytogenes (LM) modulieren. Der primäre Ort der Infektion durch lebensmittelbedingte LM ist das Darmepithel. In vivo kann es LM jedoch gelingen, EC zu überwinden, in entfernte Gewebe auszubreiten und/oder diese zu infizieren - ein entscheidender Schritt, um wichtige Barrieren wie die Blut-Hirn-Schranke zu überschreiten und sich systemisch zu verbreiten, was tödliche Folgen hat. In diesem Vorschlag werden wir untersuchen, wie Flüssigkeits-SS die Biomechanik der Wirtszellen und damit die Adhäsion, Invasion und interzelluläre Ausbreitung von LM in einem organotypischen in vitro Modell modulieren. Mit Hilfe dieses Modells, das mit Zeitraffermikroskopie, Infektionstests und der parallelen Durchführung biomechanischer Messungen, wie Zugkraft- und Monolayer-Spannungsmikroskopie kompatibel ist, werden wir zunächst untersuchen, wie unterschiedliche Konzentrationen von Flüssigkeits-SS die Anfälligkeit von EC für bakterielle Infektionen modulieren. Wir werden auch die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen untersuchen, indem wir ein kürzlich durchgeführtes transkriptomisches Screening nutzen, das wichtige, unterschiedlich exprimierte Gene zwischen EC, die der Strömung ausgesetzt sind, im Vergleich zu EC unter stationären Bedingungen aufzeigt. Anschließend werden wir bestimmen, wie eine intrazelluläre bakterielle Infektion die Biomechanik von EC verändert, wie diese Veränderungen durch Flüssigkeits-SS moduliert werden und ob die SS-Exposition letztendlich schützend wirkt, indem sie den Wirt an der Verbreitung von Bakterien hindert, oder umgekehrt die Bakterien begünstigt, indem sie die interzelluläre Ausbreitung von Bakterien fördert. Durch den einzigartigen Versuchsaufbau, in Verbindung mit biomechanischen Messungen und präziser räumlich-zeitlicher Quantifizierung des Infektionsprozesses, werden wir in der Lage sein, sowohl wichtige Pathogenese- als auch Wirtsabwehrmechanismen aufzudecken unter Berücksichtigung der hämodynamischen Kräfte. Durch die Verwendung des spezifischen Pathogens LM als Werkzeug zur subtilen Modulation der Biomechanik von EC (da LM auf die Wirtszellen angewiesen ist und deren Integrität nicht zerstört) erwarten wir außerdem die Aufdeckung neuer Aspekte der Mechanobiologie vaskulärer EC.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen