Das Magazin - Ausgabe 03 - Systembiologie

was bewegt
zellen?
Aktivitätssensoren geben Einblick in die Kontrolle der Zelldynamik
von Perihan Nalbant
Eine Vielzahl physiologischer Vorgänge, wie etwa
die Organentwicklung im Embryo oder Wundheilungsprozesse,
erfordern die Reorganisation und
Migration von Zellpopulationen. Für die präzise und
effektive Organisation des Migrationsprogramms
sind insbesondere dynamische Bewegungen auf der
Ebene von einzelnen Zellen ausschlaggebend. Eine
Fehlregulation der zeitlichen und räumlichen Koordination
dieser Dynamik kann zu unkontrollierter pathologischer
Migration, wie etwa bei der Metastasierung
von Tumoren, führen (Yilmaz und Christofori
2009).
Beim Übergang von einem quasi bewegungslosen (epithelialen)
in einen migrativen Zustand durchlaufen die Zellen dramatische
Formänderungen (Abb. 1A). Eine entscheidende Rolle bei dieser
Änderung der Zellform nimmt das Aktinzytoskelett ein – ein Polymersystem,
welches kontinuierlich dynamischen Veränderungen
unterliegt und unterschiedliche übergeordnete Strukturen ausbilden
kann. So entwickelt der frontale Bereich migrierender Zellen
Membranausstülpungen zur aktiven Vergrößerung der Zellfläche,
wohingegen kontraktile Aktinfasern im hinteren Bereich den
Zellkörper in Migrationsrichtung ziehen. Gleichzeitig ist die Zelle
über spezialisierte Verknüpfungspunkte mit der 3-dimensionalen
Umgebung verankert (Abb. 1B). Durch den kontrollierten Aufund
Abbau dieser Verankerungen kann die Zelle während der
Migration die polarisierte Zellform aufrecht erhalten und gleichzeitig
die Richtung der Migration kontrollieren (Yilmaz und
Christofori 2009).
Rho-GTPasen: Masterregulatoren der Zellmigration
Unsere Arbeit befasst sich mit der Frage, wie die dynamischen
Zellstrukturen während der Migration durch zellinterne Signalkaskaden
koordiniert werden. Insbesondere stehen die
Proteine der Rho-GTPasen Familie Rac1, RhoA und Cdc42 im
Fokus, da sie als Masterregulatoren das generelle Verhalten
von Aktin-basierten Zellstrukturen beeinflussen (Yilmaz und
Christofori 2009): Im einzelnen reguliert Rac1 Zellausstül-
Abbildung 1: Die Organisation des Zytoskeletts in migrierenden Zellen
A) Durch externe Signale, wie etwa Wachstumsfaktoren,
können in einem Zellverbund eingebettete Epithelzellen
zur Migration stimuliert werden. Angefärbt ist das
Aktinzytoskelett.
B) Migrierende Zellen (links) bilden eine polarisierte
Form, mit dynamischen Ausstülpungen in dem
vorderen Bereich (grüne Pfeile) und einen kontraktilen
hinteren Bereich (türkiser Pfeil). Zugkräfte werden in
langen Aktinfasern (weißer Pfeil) generiert und über
spezialisierte Ankerregionen (oranger Pfeil) auf das
Zellsubstrat übertragen (rechts).
Bild: Perihan Nalbant
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