Die zelluläre Konkurrenz ist ein essenzieller Überwachungsmechanismus, der unerwünschte Zellen eliminiert und eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung, der Infektionsabwehr und der Tumorentstehung spielt. Während die Rolle biochemischer Mechanismen in diesem Prozess gut erforscht ist, bleibt der Einfluss mechanischer Kräfte weitgehend unklar, vor allem aufgrund der Herausforderungen bei ihrer präzisen Messung.
In einem in
Nature Materials veröffentlichten Artikel konnten Wissenschaftler eine neue Form der zellulären Konkurrenz nachweisen, die durch Unterschiede in der Fähigkeit der Zellen, mechanische Kräfte zu übertragen, reguliert wird.
Zelluläre Konkurrenz: Ein Schlüsselmechanismus für das Gewebegleichgewicht?
Die Konkurrenz zwischen Zellen spielt eine entscheidende Rolle für die Erhaltung der Gewebegesundheit, die Abwehr von Infektionen und die Verhinderung von Tumoren. Trotz ihrer Bedeutung sind die grundlegenden Mechanismen dieses Phänomens noch nicht vollständig verstanden.
Mechanische zelluläre Konkurrenz durch Dissipation von Stressfluktuationen über die Stärke der Zelladhäsion.
© Lucas Anger Wenn Zellen als „Verlierer“ eingestuft werden, können sie durch biochemische Signale eliminiert werden, die ihren Tod auslösen. Mehrere Studien haben jedoch gezeigt, dass die zelluläre Konkurrenz auch durch mechanische Kräfte beeinflusst wird. Nach aktuellen Erkenntnissen üben „gewinnende“ Zellen Druck auf „verlierende“ Zellen aus, was deren Tod und Beseitigung begünstigt.
In einem Artikel der Zeitschrift
Nature Materials konnten Wissenschaftler zeigen, dass mechanische Spannungen zwar eine grundlegende Rolle in der zellulären Konkurrenz spielen, aber entgegen etablierten Modellen die „Gewinnerzellen“ unter Druck stehen können, während die eliminierten Zellen unter Zugspannung stehen.
Die Forscher suchten nach allgemeinen Mechanismen, die die mechanische Konkurrenz erklären könnten. Sie stellten die Hypothese auf, dass die Veränderung der Kraftübertragung zwischen Zellen durch Anpassung der Zelladhäsion eine Konkurrenz auslösen und deren Ausgang stark beeinflussen könnte.
Mechanische Kräfte: Eine unerwartete Rolle in der zellulären Konkurrenz
Durch direkte Messung der Kräfte in
ex-vivo-Geweben und verschiedenen Zelllinien entdeckten die Wissenschaftler, dass Zellen mit stärkerer Zelladhäsion und besserer Kraftübertragung systematisch dominieren. Dieser Mechanismus funktioniert unabhängig von der Kompression der „Verliererzellen“, Unterschieden in der Wachstumsrate oder der Zelldichte.
Durch die Kombination von Zelltypen, von denen einer veränderte Adhäsionsverbindungen aufwies, konnten sie erhöhte Schwankungen der mechanischen Spannungen an den Grenzflächen zwischen den beiden Geweben messen. Wenn diese lokalen Stressvariationen nicht effektiv durch die Grenzzellen abgebaut werden, entstehen erhebliche Spannungen außerhalb der Ebene, die zur Zellbeseitigung führen.
Wenn Zellen mit unterschiedlicher Kraftübertragungsfähigkeit aufeinandertreffen, ist eine starke Zelladhäsion eine erfolgreiche Strategie: Sie ermöglicht es den dominanten Zellen, Stressfluktuationen besser zu absorbieren. Diese Ergebnisse offenbaren einen neuartigen Mechanismus, der auf der aktiven Widerstandsfähigkeit gegen die Eliminierung durch verstärkte Zelladhäsion beruht.
Dieser Mechanismus der Zellbeseitigung könnte bedeutende Auswirkungen haben, insbesondere für die Aufrechterhaltung von Gewebegrenzen und das Verständnis von Pathologien wie Krebs, die mit Zellinvasion verbunden sind.
Quelle: CNRS INSB