Analyse der Zellwanderung am Beispiel von Keratinozyten

Abstract

Das Adhäsionsvermögen von Zellen ist eine essentielle Voraussetzung für viele wichtige Zellfunktionen. Es basiert auf der gezielten Ausbildung von Fokaladhäsionen, die die extrazelluläre Matrix mit dem Aktinzytoskelett der Zellen verbinden. Besonders in mobilen Zellen sind diese Strukturen sehr dynamisch und unterliegen zahlreichen Regulationsmechanismen. So müssen während der Zellwanderung neue Adhäsionsstellen in Migrationsrichtung ausgebildet und alte am hinteren Ende der Zelle wieder abgebaut werden. Dies ist ein hoch organisierter Prozess, welcher zusammen mit der gerichteten Aktinpolymerisation die Zellmigration reguliert.<br /> In dieser Arbeit wurde die Funktion von Filopodien, finger-förmige Membranprotrusionen, für die Adhäsionsbildung migrierender Keratinozyten genauer untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass Filopodien bereits kleine, filopodiale Fokalkomplexe enthalten, welche vollständig ausgereift sind. Diese filopodialen Fokalkomplexe werden nach Erreichen des Lamellipodiums nur noch stark vergrößert, sodass die Positionen aller Adhäsionsstrukturen innerhalb des Lamellipodiums durch diese bestimmt werden. Durch Inhibierung der Filopodienbildung wird der Aufbau neuer Adhäsionen vollständig blockiert. Dies führt wiederum zur Reduktion der Zellmotilität. Zusammenfassend konnte klar gezeigt werden, dass die Bildung neuer Adhäsionsstellen und die Motilität in Keratinozyten von Filopodien abhängt. Weiterführend wurde der genaue Mechanismus und dessen struktureller Aufbau analysiert, der den Übergang von filopodialen Fokalkomplexen zu lamellipodialen Fokaladhäsionen reguliert. In diesem Zusammenhang konnte klar gezeigt werden, dass filopodiale Fokalkomplexe direkt nach ihrer Entstehung mit filopodialen Aktinfasern verbunden sind. Diese Aktinfasern weisen eine räumliche Proteinorganisation auf, über die der Einbau von Myosin II gesteuert wird. Durch diese Einlagerung können filopodiale Aktinfasern kontrahieren, wodurch eine Zugkraft auf filopodiale Fokalkomplexe ausgeübt wird. Dadurch wird wiederum ein kraftinduzierter Reifungsprozess ausgelöst, der dazu führt, dass filopodiale Fokalkomplexe stabilisiert werden, sodass diese die Basis aller lamellipodialen Fokaladhäsionen bilden. <br /> Des Weiteren wurde das Zusammenspiel von Zellkraft und Matrix-Sekretion sowie deren Einfluss auf die Zellmotilität untersucht. Zum direkten Vergleich wurde die Zellkraft und der Anteil der Kraft, der innerhalb der Matrix gespeichert war, für sessile und mobile Keratinozyten analysiert. Dabei zeigte sich, dass sessile Zellen höhere Zellkräfte ausüben und gleichzeitig mehr Kraft in der Matrix speichern als mobile Zellen. Dies ist auf eine erhöhte Fibronektin-Sekretion und auf die Ausbildung von Fibronektin-Fibrillen zurückzuführen.