Dehnungsinduzierte Mechanosensitivität in Abhängigkeit der RhoA-induzierten Zellkontraktilität und BAG3-vermittelter Autophagie

Abstract

Die Zellen und Gewebe unseres Körpers sind ständig einer Vielzahl umweltbedingter mechanischer Reize ausgesetzt, an die sie sich anpassen müssen. Die zelluläre Wahrnehmung des mechanischen Reizes beruht auf mechanosensitiven Proteinen, welche mechanische Signale zumeist über Konformationsänderungen in eine chemische Signalkaskade überführen. <br /> Das Schicksal der mechanosensitiven Proteine nach Krafteinwirkung ist bisher nicht vollständig aufgeklärt. Durch mechanische Beanspruchungen können Proteine irreversibel beschädigt werden und ihre Funktion verlieren. Diese Proteine müssen von der Zelle erkannt und entweder zurückgefaltet oder abgebaut werden, da eine Akkumulation nicht-funktionaler Proteine zur Funktionsstörung der Zelle führt. Ob auch der Abbau mechanosensitiver Proteine, ausgelöst durch mechanische Reize, in der Zellhomöostase eine Rolle spielt, ist bisher nur unvollständig untersucht. <br /> Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit der Zusammenhang von Mechanosensitivität und Autophagie-vermitteltem Abbau mechanosensitiver Proteine analysiert. Dazu wurde der physiologische, mechanische Reiz der zyklischen Dehnung auf adhärente Zellen angewandt und die Adaptation der Zellen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass eine uniaxiale, zyklische Dehnung die Formation von Autophagosomen in verschiedenen Zelltypen in einem zeitlichen Verlauf induziert. Die Autophagie korreliert mit der Aktin Reorientierung entgegen der Dehnungsrichtung und sinkt nach vollendeter Adaptation auf den mechanischen Reiz wieder ab. Die Aktin Reorientierung wird durch die Blockierung des Abbaus der Autophagosomen verzögert. Sowohl die Induktion der Autophagie als auch die Reorientierung des Aktin-Zytoskeletts hängen zudem von der RhoA-induzierten Zellkontraktilität ab. Zusätzlich wird die Aktin Reorientierung durch das Co-Chaperon BAG3 vermittelt und legt eine Beteiligung der Chaperon-assistierten, selektiven Autophagie in der mechanosensitiven Adaptation der Zellen nahe. Die Quantifizierung mechanosensitiver Proteine in Fokaladhäsionen und Adhärenzverbindungen konnte nach kurzer Dehnungsdauer die Fähigkeit der Proteine zur Adaptation auf den mechanischen Reiz ohne eine irreversible Beschädigung der funktionalen Struktur bestätigen. <br /> Nach längerer Dehnung konnte jedoch ein Abbau der Proteine a Catenin, a Tubulin, Paxillin, LC3B I und II und HSC70 aufgezeigt werden. Der Abbau war durch die Blockierung des lysosomalen Abbauwegs der Autophagosomen für a Tubulin, Paxillin, LC3B II und HSC70 nicht oder nur geringer nachweisbar. Folglich wurde ein mechanisch induzierter Abbau des FA-Proteins Paxillin über die Autophagie nachgewiesen. Damit könnte der Mechanismus des Autophagie-vermittelten Abbaus von Paxillin, der bisher nur in Tumorzellen untersucht wurde, auf gesunde Zellen übertragen werden. Zusätzlich konnte der Abbau der Proteine bei einer kürzeren biaxialen, zyklischen Dehnung bestätigt und um die Proteine Filamin A und Vinculin ergänzt werden.