Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Zauber der Wundheilung

02.03.2015

Das Protein Merlin steuert die kollektive Zellbewegung und bewirkt so, dass Wunden gut und schnell verheilen

Auch Zellen folgen einem Herdentrieb, und sie kommunizieren dabei auf zauberhafte Weise. Denn bei der kollektiven Bewegung von Zellen unseres Körpers spielt ein Protein namens Merlin, benannt nach dem mythischen Zauberer des mittelalterlichen Britanniens, eine wichtige Rolle. Das hat ein Team um Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme in Stuttgart in einer Zusammenarbeit mit der Universitätsklinik Heidelberg herausgefunden.


Leuchtende Spur der Zellbewegung: Mit fluoreszierenden Proteinen markieren Forscher des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme die Kerne von Zellen (rot) und das Protein Merlin (grün). Anschließend beobachten sie, wie sich Merlin in den Zellen verteilt, wenn diese aus einem anfangs quadratisch umrissenen Bereich herauswandern. So haben sie die Rolle von Merlin bei der Zellbewegung aufgeklärt, die auch für die Wundheilung wichtig ist.

© MPI für Intelligente Systeme

Demnach registriert Merlin in einer Zelle, ob und in welche Richtung sich eine Nachbarzelle bewegt, und bringt die Zelle dazu, in dieselbe Richtung zu kriechen. Dass sich Zellen als geschlossene Gruppe bewegen, ist wichtig, damit etwa Wunden gut und schnell verheilen. Ist die Gruppendynamik gestört, werden aber nicht nur Wunden schlechter verschlossen, auch Krebszellen können sich dann leichter im Körper ausbreiten oder Embryos entwickeln sich gestört.

Dem Körper sagt nicht immer der Kopf, wo es lang geht. Die Zellen der Haut etwa finden auch von alleine den richtigen Weg. Wenn in der Haut ein Riss klafft, bewegen sich die Zellen, die am nächsten an der Wunde sitzen, in die Lücke, und ihre Nachbarn ziehen einfach mit. So läuft es zumindest, wenn Merlin seine Aufgabe ordentlich erfüllt. Tun sie das nicht, vagabundieren die einzelnen Zellen orientierungslos durch das Gewebe. Das könnte möglicherweise sogar dazu führen, dass eine Wunde eine besonders auffällige Narbe hinterlässt oder gar nicht verheilt. Und handelt es sich bei den einzelgängerischen Zellen sogar um Tumorzellen, können sich diese im Körper leichter ausbreiten, sodass sich Metastasen bilden.

„Einzelne Zellen, die sich ungeordnet bewegen – in denen also das tumorhemmende Protein Merlin zumindest teilweise ausgeschaltet oder nicht vorhanden ist – können leichter in Gewebe eintreten, als geordnet als Gruppe von mehreren Zellen“, sagt Joachim Spatz, Direktor am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme und Leiter der aktuellen Studie.

Eine Zelle kann zehn hinter ihr aufgereihte Zellen mitziehen

Molekularmediziner wussten bereits, dass Merlin die Ausbreitung von Tumorzellen hemmt. Joachim Spatz und sein Team haben nun aufgeklärt, woran das liegt. Das Protein wirkt nämlich als Zellbremse. Denn in ruhenden Zellen sitzt Merlin im Zellkortex, einer proteinreichen Schicht an der Innenseite der Zellmembran, und zwar an einem Proteinkomplex, über den sich benachbarte Zellen berühren. Solange Merlin dort andockt, hemmt es auch das Protein Rac1, das eine Zelle in Bewegung setzt. Bewegt sich eine Zelle, zieht sie über den Kontakt auch an der Nachbarzelle, genauer gesagt an dem Proteinkomplex, an dem Merlin gebunden ist.

So entsteht eine mechanische Spannung, die Merlin aus der Parkposition im Kortex löst. Das Eiweiß wandert dann ins Zellplasma und blockiert nun auch Rac1 nicht mehr. Damit wird die Zellbremse gelöst: Das Rac1-Protein bildet nun in Richtung der Vorreiter-Zelle Zellfortsätze, sogenannte Lamellipodien. Diese Fortsätze ziehen den Zellkörper hinter sich her. Auf diese Weise kann eine Zelle zehn andere Zellen, die hinter ihr aufgereiht sind, anführen und mitziehen.

Dass dieser sowohl biochemische als auch mechanische Mechanismus den Herdentrieb der Zellen steuert, haben die Forscher um Joachim Spatz herausgefunden, indem sie die Bewegung von Hautzellen untersuchten. Zu diesem Zweck markierten sie Merlin in den Testläufern mit fluoreszierenden Proteinen, sodass sie dessen Wege durch die jeweilige Zelle verfolgen konnten.

Da die Forscher nun besser verstehen, wie sich Zellen als Gruppe bewegen und wann sie ihre eigenen Wege gehen, könnten sich auch neue Ansätze in der Medizin ergeben. So liefern die Erkenntnisse der Stuttgarter Forscher Hinweise, wie sich Störungen bei der Wundheilung beheben lassen oder wie die Metastasierung von Tumoren reduziert werden könnte. Sie helfen aber auch Entwicklungsbiologen beim Verständnis, wie Zellen den ihnen zugedachten Ort in einem Embryo finden. Denn solche Vorgänge steuern nicht Zauberkräfte, sondern das Zusammenspiel von Biochemie und mechanische Kräfte.


Ansprechpartner

Prof. Dr. Joachim P. Spatz
Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Standort Stuttgart, Stuttgart
Telefon: +49 711 689-3610
Fax: +49 711 689-3612
E-Mail: spatz@mf.mpg.de
 
Annette Stumpf
Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Standort Stuttgart, Stuttgart
Telefon: +49 711 689-3089
Fax: +49 711 689-1932
E-Mail: stumpf@is.mpg.de


Originalpublikation
Tamal Das, Kai Safferling, Sebastian Rausch, Niels Grabe, Heike Boehm und Joachim P. Spatz

A molecular mechanotransduction pathway regulates collective migration of epithelial cells

Nature Cell Biology, online veröffentlicht 23. Februar 2015; doi:10.1038/ncb3115

Prof. Dr. Joachim P. Spatz | Max-Planck-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst
26.04.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

nachricht Der lange Irrweg der ADP Ribosylierung
26.04.2018 | Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Why we need erasable MRI scans

New technology could allow an MRI contrast agent to 'blink off,' helping doctors diagnose disease

Magnetic resonance imaging, or MRI, is a widely used medical tool for taking pictures of the insides of our body. One way to make MRI scans easier to read is...

Im Focus: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Konferenz »Encoding Cultures. Leben mit intelligenten Maschinen« | 27. & 28.04.2018 ZKM | Karlsruhe

26.04.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zur Marktentwicklung von Gigabitnetzen in Deutschland

26.04.2018 | Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Weltrekord an der Uni Paderborn: Optische Datenübertragung mit 128 Gigabits pro Sekunde

26.04.2018 | Informationstechnologie

Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst

26.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Berner Mars-Kamera liefert erste farbige Bilder vom Mars

26.04.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics