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Zellen, die fest zusammenhalten

Bild: Colourbox

Studien werfen ein neues Licht auf Zell-Zell-Kontakte

Bei der Entstehung und Stabilität von Zell-Zell-Kontakten spielen physikalische Effekte eine nicht zu unterschätzende Rolle. Das hat das Team um Prof. Dr. Ana-Suncana Smith von der PULS Group der Professur für Theoretische Physik der FAU in Zusammenarbeit mit deutschen und französischen Kollegen herausgefunden und kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Physics“ veröffentlicht (DOI: 10.1038/nphys4138).

Für viele Zellen des Körpers ist es enorm wichtig, dass sie kontrolliert zusammenhalten und sich kontrolliert trennen. Das ist etwa dann der Fall, wenn sich in einem Embryo die Organe bilden. Oder wenn es bei der Wundheilung darum geht, offene Stellen in der Haut zu versiegeln. Wie bedeutsam enge Zell-Zell-Kontakte sind, zeigt sich vor allem dann, wenn sie versagen. Wenn sie zum Beispiel in einem Tumor locker werden und sich lösen. Der Zellverband des Tumors neigt in diesem Fall dazu, sich aufzulösen und Metastasen zu bilden.

Cadherine als wichtige Akteure

Bei den genannten Beispielen kommt den Cadherin-Proteinen eine tragende Rolle zu. Sie sitzen in den Zellmembranen und können sich untereinander, aber auch mit den Cadherinen anderer Zellen fest verbinden. Eine Bindung zwischen zwei Cadherin-Molekülen zweier Zellen setzt dabei quasi den Startschuss für die Ausbildung von flächigen Kontaktzonen. Die FAU-Forscher haben nun die Theorie entwickelt, dass der Prozess des Bildens und Lösens von Kontakten dabei offenbar viel stärker von rein physikalischen Effekten abhängig ist als bisher gedacht. Dies haben Computersimulationen und Experimente, die die Kollegen aus Würzburg, Jülich, Stuttgart und Marseille durchgeführt haben, bestätigt.

Modellmembranen in Kontakt gebracht

Die Wissenschaftler haben Cadherin-haltige Modellmembranen miteinander in Kontakt gebracht und dann gezielt verschiedene physikalische Parameter verändert, die Einfluss auf das Fluktuationsverhalten der Membran haben, etwa die Zucker- oder die Salzkonzentration. Schon sehr kleine Veränderungen hatten dabei sehr große Auswirkungen auf die Entstehung und das Wachstum der Zell-Zell-Kontakte. Damit besteht die Möglichkeit, einen biologischen Prozess durch die Veränderung rein physikalischer Parameter zu regulieren, etwa die Temperatur, Aktivität oder lokale Lipidzusammensetzung der Membran. Die Forscher gehen davon aus, dass auf der Grundlage der physikalischen Eigenschaften dieses Kontrollmechanismus ähnliche, durch Membrane ausgelöste Interaktionen zwischen den Proteinen in vielen Zellprozessen geschehen, die von Membran-Protein-Verdichtungen abhängig sind.

Die Forschungen wurden durch einen ERC Starting Grant des European Research Councils, einen EAM Starting Grant des FAU-Clusters Engineering for Advanced Materials sowie das Graduiertenkollegs 1962 an der FAU gefördert. Sie werden im Rahmen des Projekts BigThera der FAU Emerging Field Initiative fortgeführt.

Weitere Informationen:

www.puls.physik.fau.de

Prof. Dr. Ana-Sunčana Smith
Tel.: 09131/85-20842
smith@physik.fau.de

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