Wie Gewebe auf mechanische Belastungen reagieren

Zugrundeliegende Mechanismus von Zellelastizität entdeckt

Copyright: Eaton / MPI-CBG

Epithelgewebe wie unsere Haut bestehen aus Zellen, die durch E-Cadherin - ein Protein, das benachbarte Zellen aneinander bindet - eng miteinander verbunden sind. Diese Gewebe reagieren unterschiedlich auf Kräfte aus ihrer Umgebung. Werden sie Kräften kurzzeitig ausgesetzt, verhalten sie sich wie ein Gummiband, während sie bei gleichbleibender Kraft über einen längeren Zeitraum ein viskoses Verhalten, ähnlich wie Honig zeigen. Diese Eigenschaft des Gewebes, die Viskoelastizität genannt wird, spielt eine Schlüsselrolle, um Veränderungen der Gewebeform während der embryonalen Entwicklung zu verstehen. Obwohl die Viskoelastizität gut erforscht ist, waren die molekularen Mechanismen, die der Zellelastizität von sich entwickelnden Geweben zugrunde liegen, bisher weitgehend unbekannt.

Forscher aus dem Labor von Suzanne Eaton am MPI-CBG, dem Zentrum für Systembiologie Dresden (CSBD) und dem Biotechnologiezentrum der TU Dresden haben nun einen wichtigen Mechanismus entdeckt, der diesen Prozess steuert. Gemeinsam mit Frank Jülicher vom CSBD und dem Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme (MPI-PKS) untersuchte das Team die viskoelastischen Eigenschaften der Epithelgewebe im Flügel der Fruchtfliege Drosophila.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass E-Cadherin dynamisch zwischen Zellmembran und Zytoplasma ausgetauscht wird, wenn Gewebe mechanischen Kräften ausgesetzt werden. In ihrer jüngsten Veröffentlichung in Current Biology zeigen die Forscher, dass diese Wechselwirkung dadurch erzielt wird, dass die Bindung eines E-Cadherin ähnlichen Proteins namens p120-Catenin reduziert wird. Die mechanische Entfernung dieses E-Cadherin-Bindungsproteins aus Zellverbindungen beschleunigt den Umbau des Zellnetzwerks und verringert schließlich die Viskoelastizität der Zelle. Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass der dynamische Umsatz des E-Cadherin-Proteins für das viskoelastische Verhalten von Epithelgewebe verantwortlich ist.

Venkatesan K. Iyer, Erstautor der Publikation, sagt: "Die Ergebnisse dieser Studie eröffnen neue Perspektiven für die Untersuchung von Entwicklungsprozessen. Insbesondere die in dieser Arbeit beschriebenen in-vivo-Methoden und -Ansätze könnten ein Ausgangspunkt für spannende neue Forschungsarbeiten sein, die versuchen das Zusammenspiel zwischen den Eigenschaften von Geweben und den zellbiologischen Prozessen während der Embryonalentwicklung weiter zu entschlüsseln."

Originalpublication

[Translate to Deutsch:] K. V. Iyer, R. Piscitello-Gómez, J. Paijmans, F. Jülicher, S. Eaton.
Epithelial Viscoelasticity Is Regulated by Mechanosensitive E-cadherin Turnover.
Current Biology, 7 February, 2019