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Wie gequetschte Zellen in engem Gewebe davonlaufen

15.10.2020

Gewebe kann mitunter ein relativ enger Haufen aus Zellen sein, in dem es kaum ein Durchkommen gibt. Allerdings müssen sich bestimmte Bausteine des Körpers, wie etwa Immunzellen, trotzdem ihren Weg bahnen, etwa durch Tumorgewebe. Eine Gruppe um Wiener Forscher zeigt nun im Fachblatt "Science", wie es deformierten Zellkernen gelingt, im gequetschten Zustand Informationen zu sammeln und der Zelle beim Davonlaufen aus der beengten Umgebung zu helfen.

Vor allem wenn Tumorgewebe zu seinem unkontrollierten Wachstum ansetzt und die normalen Abläufe des Zelltodes gestört sind, können Zellen in Geweben nochmals deutlich dichter gepackt werden, schreiben die Wissenschafter um den Erstautor der Studie Alexis Lomakin von der St. Anna Kinderkrebsforschung in Wien in ihrer Arbeit. Für Immunzellen, die im Körper herumreisen müssen, um an ihrem Bestimmungsort Krankheitserreger oder gefährlich mutierte Zellen anzugreifen, heißt dies, dass sie sich mitunter durch Nadelöhre im Zellverbund manövrieren müssen. Ob und wie Zellen derartige Engstellen erkennen können und wie sie sich daran anpassen, sei nicht vollständig geklärt.

Nukleus spielt aktive Rolle

Die Forscher aus Wien sowie vom King's College London, vom Institute Curie Paris und der ETH Zürich konfrontierten die Bausteine des Körpers daher unter kontrollierten Bedingungen mit diversen Verengungen ihrer Umgebung, wie dies etwa in Tumoren der Fall sein kann. Dabei wurde klar, dass der Zellkern (Nukleus) eine entscheidende Rolle in dem Prozess spielt. Diese Struktur beherbergt vor allem das Erbmaterial. Von seiner Umgebung im Zellinneren - dem Cytoplasma - ist er durch die aus einer äußeren und inneren Membran bestehenden Kernhülle abgrenzt. Bisher ging die Wissenschaft vielfach davon aus, dass es sich beim Nukleus eher um ein passives Behältnis für das Erbgut handelt. Lomakin und seine Kollegen fügen dem nun einen anderen Aspekt hinzu.

Die Wissenschafter bemerkten, dass die Zellen insgesamt eine erstaunliche Anpassungsfähigkeit zeigen, wenn sie gequetscht werden. Unterschreitet die Weite der Engstelle den Durchmesser des Zellkernes kommen aber weitere erstaunliche Prozesse in Gang. Werden die Membranen der Kernhülle deformiert und gezogen, wird dort Kalzium ausgeschüttet. Dies aktiviert ein Protein namens "cPLA2", das über einen Signalweg innerhalb der Zelle ein Netzwerk von sich zusammenziehenden Fäden anspricht, das ähnlich wie die Fasern von Muskelzellen funktioniert und die Zelle bewegt. Diese Bewegung des Zytoskelettapparats lässt die Zellhülle gegen die mechanische Begrenzung drücken, was dazu führt, dass die Zelle sich in einer Art Ausweich- oder Fluchtreflex rasch aus der beengten Umgebung herausmanövrieren kann.

Weiter verbreiteter "mechanischer Reflex"

Mit dem gleichen Thema beschäftigten sich auch Forschungsteams unter der Leitung österreichischer Wissenschafter in Barcelona. Verena Ruprecht und Stefan Wieser, der auch eine Gruppe in Spanien leitet, und Kollegen entdeckten bei anderen Zelltypen einen ganz ähnlichen Mechanismus wie das Team um Lomakin. Es dürfte sich hier also um einen weiter verbreiteten "mechanischen Reflex" von Zellen handeln, erklärte Ruprecht gegenüber der APA. Die beiden Gruppen haben sich deshalb dazu entschlossen, ihre Arbeiten gemeinsam bei "Science" einzureichen.

Für die am Barcelona Institute of Science and Technology tätige Ruprecht handelt es sich hier um einen Mechanismus, der in gewisser Weise dem menschlichen Raumlage- und Bewegungssinn ähnlich ist. Dies ermöglicht es Zellen, ihre Form rasch dreidimensional und dynamisch an veränderliche Umgebungen anzupassen und den beengten Verhältnissen sozusagen aktiv "davonzulaufen". Diese Fähigkeit zur Veränderung des Verhaltens der Zellen sei wichtig, damit sich etwa Immunzellen an die erschwerten Bedingungen in Tumorgewebe anpassen können, dort überleben und durch die kleinen Löcher im Verbund schlüpfen können, so Lomakin und Kollegen in ihrer Arbeit.

Aber auch wenn es in den Tumoren selbst eng wird und entartete Zellen zur Migration gezwungen werden, spielt diese Fähigkeit eine wichtige Rolle. Die Wissenschafter denken daher bereits darüber nach, auf Basis der neuen Erkenntnisse das gefürchtete Metastasieren - also die Ausbreitung eines Tumors in andere Regionen des Körpers - zu erschweren. So lasse sich cPLA2 etwa medikamentös in seiner Aktivität blockieren. Auch durch eine verringerte Fettzufuhr könnte man möglicherweise in die Abläufe eingreifen, die den Tumorzellen die Flucht ermöglichen.

Service: Die beiden Arbeiten in "Science": https://doi.org/10.1126/science.aba2894, https://doi.org/10.1126/science.aba2644

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