AG Grashoff - Quantitative Zellbiologie

 

Wissenschaftlicher Hintergrund

Die Fähigkeit, mechanische Kräfte erkennen und auf diese mit einer spezifischen biologischen Antwort reagieren zu können, ist für alle uns bekannten Organismen essentiell. Natürlich sind auch menschliche Zellen sind in der Lage, kleinste mechanische Veränderungen wahrzunehmen, was für die Entwicklung und Funktionsfähigkeit viele unserer Organe eine entscheidende Rolle spielt. Darüber hinaus beruht eine Vielzahl von Erkrankungen auf der Tatsache, dass Zellen mechanische Informationen nicht adäquat verarbeiten können. Wie mechanische Signale in Zellen verarbeitet werden, ist jedoch weitestgehend unverstanden. Ein Grund für diese Wissenslücke ist, dass die mechanischen Kräfte welche auf einzelnen Molekülen lasten extrem klein sind - in der Größenordnung von nur wenigen Billionstel Newton - und daher nur schwer detektiert werden können. Wann und wo mechanische Kräfte in Zellen wirken, ist also relativ schwer zu messen und war über viele Jahrzehnte unbekannt. Unsere Arbeitsgruppe hat daher in den vergangenen Jahren eine Mikroskopie-Technik entwickelt, mit der mechanische Signale von nur wenigen Piconewton (pN) in lebenden Zellen sichtbar gemacht und quantifiziert werden können (Grashoff et al, Austen et al, Ringer et al, Fischer et al). Wir nutzen und verbessern kontinuierlich diese mittlerweile weltweit angewandte Technologie, um mechanische Signalkaskaden in Zellen analysieren zu können. Wir komplementieren unsere Experimente mit Methoden der Einzelmolekül-Super-Resolutionsmikroskopie (Fischer et al, Fischer et al) und entwickeln neue, optogenetische Techniken, um mechanische Bindungen in lebenden Zellen gezielt mit Licht zu modulieren. Zusammen erlauben uns diese Experimente, die molekularen Mechanismen der Kraftübertragung in Zellen genauer zu definieren und verschiedenste mechano-biologische Prozesse besser zu verstehen. Wir führen unsere Experimente in aller Regel in Zellen von Säugetieren durch und nutzen Mausmodelle, um die physiologische Relevanz unserer Beobachtungen nachzuweisen (Kanoldt et al).