Zelluläre Grundlagen von Adhäsion und Migration

Abstract

Laminin 5 ist ein wichtiges Adhäsionsprotein in der epidermalen Basalmembran, das durch Bindung an Integrin-Rezeptoren auf der Oberfläche der basalen Keratinozyten zentral für deren mechanische Verankerung ist. Entsprechend resultiert Laminin 5 Defizienz in der letalen Herlitz-Form von Epidermolysis Bullosa, einer blasen-bildenden Erkrankung der Haut infolge unzureichender Adhärenz zur Basalmembran. Darüber hinaus wird auch eine zentrale Rolle von Laminin 5 bei der Migration von Keratinozyten während der Wundheilung diskutiert.<br /> In der vorliegenden Arbeit wurde daher mit Hilfe von „Live Cell Imaging“-Studien in Kombination mit dem hochauflösenden SACED Assay die Motilität und Migration Laminin 5 defizienter humaner Keratinozyten vergleichend zu normalen humanen Keratinozyten analysiert. Die Laminin 5 defizienten Zellen zeigten dabei unabhängig vom verwendeten Substrat eine signifikant reduzierte Persistenz der Lamellipodien und hieraus resultierend eine deutlich geringere Migrationsgeschwindigkeit. Auffällig war dabei auf Kollagen Substraten eine veränderte Morphologie der defizienten Zellen von einem mono- hin zu einem bi- oder tripolaren Phänotyp. Klar korreliert war der modifizierte Phänotyp dabei mit einem Übergang von der für Keratinozyten charakteristischen kontinuierlichen zu einem saltatorischen Migrationsmodus mit deutlich reduzierter direktionaler Persistenz.<br /> Detaillierte Untersuchungen der Zell-Substrat Adhäsion defizienter Zellen zeigten, dass die veränderte Zellmorphologie auf einem Adhäsions-Defekt im Bereich des Zellkörpers aber auch reduzierter Lamellipodienadhärenz basiert, die ursächlich für die saltatorische Migration sind.<br /> Nur teilweise konnten defiziente Zellen diesen Defekt durch Interaktion von Integrinen mit dem Substrat kompensieren. So führte die Verwendung von Fibronektin als Substrat durch seinen Liganden α5β1 Integrin zu einer Erhöhung der Adhärenz und damit einhergehend zu der charakteristischen Morphologie epidermaler Zellen, nicht aber zur Kompensation der ineffizienteren Lamellendynamik und Migrationsgeschwindigkeit. Der kompensatorische Effekt wurde durch die Induktion eines bipolaren Phänotyps und eines saltatorischen Migrationsmodus mittels Hemmung der Interaktion von α5 Integrin bei Laminin 5 defizienten Keratinozyten und des daraus resultierenden Adhäsionsdefektes bestätigt. <br /> Die vorliegenden Untersuchungen zeigen somit eindeutig, dass Migrationsmodus und Migrationseffizienz epidermaler Keratinozyten von der Substrat-Adhärenz der Zellen abhängt. Die Adhäsionsproteine Fibronektin und Laminin 5 sowie ihre Rezeptoren aus der Integrin-Familie scheinen dabei essentielle und nur zum Teil redundante Funktionen zu erfüllen. Die Ergebnisse legen zudem nahe, dass das Fehlen von Laminin 5 zu einer Wundheilungsstörung infolge reduzierter Keratinozyten-Migration führt, die Anteil an der Letalität der Herlitz-Form von Epidermolysis Bullosa hat.