Mechanische Kräfte lenken den Schicksalsweg extrudierter Zellen in Epithelgewebe

BerlinForscher des Max-Planck-Zentrums für Physik und Medizin, des Institut Jacques Monod und des Niels Bohr Instituts haben wichtige neue Erkenntnisse über die Auswirkungen mechanischer Kräfte auf die Extrusion von Zellen aus epitheliale Geweben entdeckt. Diese Kräfte entscheiden darüber, ob die aus dem Gewebe herausgedrängten Zellen absterben oder überleben. Diese Entdeckung könnte unser Verständnis dafür verbessern, wie Gewebe unter normalen Bedingungen und bei Krankheiten wie Krebs reagieren.

Die Untersuchung ergab, dass:

Mechanische Kräfte in Geweben spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung des Schicksals von ausgestoßenen Zellen. Zellen üben Kräfte aufeinander aus, die die Entfernung von Zellen auslösen können. Sowohl tote als auch lebende Zellen können ausgestoßen werden, wobei das Ergebnis von der angewandten Kraft abhängt. Die Richtung, in die Zellen ausgestoßen werden (apikal oder basal), beeinflusst, ob sie überleben oder sterben. E-Cadherin, ein Protein, das an Zellverbindungen beteiligt ist, fungiert als Sensor und beeinflusst diese Prozesse.

Forscherteam untersucht Zell-Extrusion: Professors Benoît Ladoux, Amin Doostmohammadi und Dr. René-Marc Mège haben herausgefunden, dass die Stärke und Dauer der auf eine Zelle ausgeübten Kräfte entscheidend dafür sind, ob eine Zelle abgestoßen wird. Besonders stärkere Kräfte an den Zellverbindungen können den Vorgang der Extrusion beeinflussen.

Die Forscher kombinierten physikalische Modelle mit Experimenten an Zellen, die unterschiedliche Proteinspiegel aufwiesen. Sie untersuchten, wie Zellen über Adhäsionsverbindungen miteinander kommunizieren und welche Auswirkungen dies auf die Entfernung von Zellen hat. Dabei arbeiteten sie mit der Gruppe von Dr. Philippe Chavrier am Curie-Institut zusammen. Die Entdeckung: Wenn die Kraftübertragung der Zellen verändert wird, werden mehr Zellen zur basalen Seite hin ausgestoßen.

Diese Arbeit verdeutlicht, wie die Interaktion von Zellen durch mechanische Kräfte ihre Bestimmung beeinflusst. Sie legt nahe, dass mechanische Signale innerhalb von Geweben wichtige Prozesse wie die Gewebebildung und die Krankheitsentwicklung, einschließlich Krebs, beeinflussen. Ein besseres Verständnis dieser Kräfte könnte zu vertieftem Wissen über Krankheiten und mögliche Behandlungen führen.

Rolle der Zell-Extrusion

Zellextrusion und ihr Einfluss auf Gewebe

Zellextrusion ist entscheidend für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts in Epithelgeweben, die Oberflächen im gesamten Körper bedecken. Der Vorgang, Zellen aus dem Gewebe zu entfernen, kann deren Überleben oder Untergang bestimmen und dadurch erheblich die Gesundheit und Funktion der Gewebe beeinflussen. Neue Forschungen betonen die Rolle mechanischer Kräfte bei der Extrusion von Zellen und bieten frische Einblicke in dieses wesentliche biologische Phänomen.

Wissen über Zellausstoß ermöglicht es uns zu verstehen, wie sich Gewebe formen und erneuern, um ihre korrekte Funktion zu gewährleisten. Es ist vergleichbar mit einem Qualitätssicherungssystem, bei dem unnötige oder schädliche Zellen beseitigt werden. Deshalb ist dies wichtig:

• Es sorgt für die Gesundheit des Gewebes, indem es beschädigte oder alte Zellen entfernt.
• Es beeinflusst Wachstum und Form von Geweben, indem es bestimmt, welche Zellen entfernt werden sollen.
• Es wirkt sich auf die Krankheitsentwicklung aus, insbesondere bei Krebs, indem es das Verhalten von Zellen beeinflusst.

Die Studie zeigt, dass die physikalischen Kräfte zwischen Zellen entscheiden, wie sie ausgestoßen werden. Man stelle sich vor, dass Zellen wie Autoscooter herausgedrängt werden—wohin sie gelangen, hängt von der Stärke der Stöße ab. Die Forschung hebt hervor, dass die Art und Weise, wie Zellen sich verbinden und mit ihren Nachbarn kommunizieren, diese Kräfte beeinflusst. Dies entscheidet darüber, ob Zellen tot ausgestoßen werden oder überleben.

Dieses Wissen umfasst das Verstehen, wie sich Gewebe im Laufe der Zeit formen und verändern, beispielsweise während des Wachstums oder der Heilung. In der Entwicklung kann das richtige Management des Zellenausschlusses beeinflussen, wie sich Organe und Gewebe organisieren. Fehler in diesem Prozess können hingegen zu Krankheiten wie Krebs führen, bei denen das Zellverhalten aus der Bahn gerät.

Das Verständnis dieser Kräfte kann Wissenschaftlern helfen, Therapien zu entwickeln, die auf die strukturelle Organisation von Geweben abzielen. Dadurch könnten Eingriffe möglich werden, die unerwünschtes Zellverhalten im Zusammenhang mit Krankheiten verhindern. Fortschrittliche Forschung weckt die Hoffnung, diese Kräfte besser steuern zu können, um gesunde Gewebedynamik zu erhalten oder pathologische Veränderungen zu stoppen und damit neue Wege in der medizinischen Behandlung zu eröffnen.

Implikationen für Krebs

Die Ergebnisse der Studie betonen entscheidende Verbindungen zwischen mechanischen Kräften und dem Fortschreiten von Krebs. Ein tieferes Verständnis dieser Wechselwirkungen könnte unsere Herangehensweise an die Diagnose und Behandlung von Krebs grundlegend verändern. So könnten diese Entdeckungen die Krebsforschung und Therapie beeinflussen:

• Optimierung der Krebsdiagnose durch Analyse des Verhaltens von Zellen unter Krafteinwirkung.
• Entwicklung neuer Therapien durch gezielte Beeinflussung der Kraftübertragung in Geweben.
• Vorhersage des Fortschreitens von Krebs durch Änderungen in den Mustern der Zellaustreibung.

Physikalische Signale lenken den Zellschicksal in Epithelgeweben

Epithelgewebe erneuern ständig ihre Zellen, und fehlerhafte Prozesse beim Zellabstoß können zu Krebs führen. Eine Studie zeigt, dass physikalische Signale das Schicksal herausgedrängter Zellen beeinflussen. Dies hilft uns zu verstehen, wie es einigen Zellen gelingt zu überleben und sich unkontrolliert weiter zu teilen, was zu Tumoren führt. Indem wir die mechanische Kommunikation zwischen Zellen beeinflussen, könnten wir den Verlauf von Krankheiten ändern.

Zu verstehen, wie E-Cadherin-Verbindungen das Schicksal von Zellen beeinflussen, liefert wertvolle Einblicke darin, wie sich Krebszellen ausbreiten oder eingedämmt werden können. Wenn es gelingt, diese Kräfte oder die Verbindungen selbst zu manipulieren, könnten wir einen Ansatz finden, um das Wachstum von Krebs zu begrenzen. Dies könnte neue Möglichkeiten für Therapien eröffnen, die nicht zwangsläufig auf traditionelle Methoden wie Strahlentherapie oder Chemotherapie angewiesen sind.

Indem sie die genauen Mechanismen untersuchen, wie mechanische Kräfte Zellen beeinflussen, könnten Medizinforscher neue Biomarker für die frühzeitige Erkennung von Krebs entwickeln. Die Beobachtung, wie Zellen zur basalen Seite hin ausgestoßen werden, könnte auf ein aggressives Krebsverhalten hinweisen, was Ärzten eine frühere Intervention ermöglicht.

Ergebnisse deuten auf den Einfluss mechanischer Kräfte auf das Zellverhalten und die Krebsentstehung hin. Sie verlagern den Fokus von rein genetischen Mutationen hin zu physischen Wechselwirkungen, die eine entscheidende Rolle bei der Krebsentwicklung und -fortschreitung spielen können. Zukünftige Forschungen in diesem Bereich werden wahrscheinlich untersuchen, wie diese mechanischen Prozesse genutzt werden können, um neuartige Behandlungen zu entwickeln und die Genesung der Patienten zu verbessern. Diese neuen Einsichten eröffnen spannende Möglichkeiten für innovative Ansätze im Kampf gegen Krebs.