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Forscher messen Zugkraft zwischen Zellen Was die Haut zusammenhält

| Autor / Redakteur: Dr. Christiane Menzfeld* / Christian Lüttmann

Unsere Haut muss einiges aushalten. Wie sie mit mechanischem Stress umgeht, haben nun Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie untersucht. Dazu entwickelten sie eine Art molekulare Federwaage, die Zugkräfte zwischen einzelnen Hautzellen durch verschieden starke Fluoreszenz anzeigt.

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Forscher haben die molekulare Kraftübertragung in Desmosomen, den Verknüpfungspunkten von Hautzellen bestimmt: Vor (blau), während (grün) und nach (rot) der Anwendung mechanischen Stresses.
Forscher haben die molekulare Kraftübertragung in Desmosomen, den Verknüpfungspunkten von Hautzellen bestimmt: Vor (blau), während (grün) und nach (rot) der Anwendung mechanischen Stresses.
(Bild: Grashoff und Dunn Gruppen)

Martinsried – Die Haut ist unser größtes Organ und dient als Schutzschild gegen äußere Einflüsse. Sie muss dehnbar sein, darf aber auch bei großer Belastung nicht reißen. Damit das funktioniert, müssen Hautzellen besonders eng miteinander verbunden sein. Dazu bilden sie spezielle Haltepunkte aus, dank denen die Zellen stärker aneinander haften. Diese Haltepunkte werden Desmosomen genannt.

Wenn die Desmosomen nicht richtig funktionieren, führt das zu massiven Hautstörungen, die insbesondere nach mechanischer Beanspruchung zu Tage treten. Allerdings war bisher kaum verstanden, wie mechanische Kräfte auf die einzelnen Bestandteile der Desmosomen wirken.

Forscher vom Max-Planck-Institut (MPI) für Biochemie konnten nun gemeinsam mit Forschern der amerikanischen Stanford Universität zeigen, wie mechanische Belastungen dort verarbeitet werden. Dazu haben sie ein Minimessgerät entwickelt, mit dem Kräfte entlang einzelner Bestandteile in Desmosomen bestimmt werden können.

Winzige Federwaage misst Kraft zwischen Zellen

„Die Technik funktioniert so ähnlich wie eine Miniatur-Federwaage“, sagt Anna-Lena Cost vom MPI für Biochemie. Der Kraftsensor besteht aus zwei fluoreszierenden Farbstoffen, die mit einem Peptid verbunden sind. Das Peptid fungiert dabei als Feder: Schon wenige Piconewton genügen, um das langkettige Molekül zu dehnen. Die Waage könnte also fast die Gewichtskraft eines einzelnen roten Blutkörperchens messen, die ca. ein Piconewton beträgt, also ein Billionstel Newton.

Wenn das Peptid gestreckt wird, verändert sich dadurch die Strahlkraft der angehängten Farbstoffe. Dies können die Forscher mit Mikroskopen so gut auslesen, dass sie selbst die winzigen Belastungen an einzelnen Haltepunkten zwischen den Hautzellen bestimmen können.

Desmosomen halten zusammen – wenn nötig

In ihren Experimenten fanden die Forscher heraus, dass Desmosomen nicht ständig unter Zug stehen: Solange keine äußeren Kräfte auf die Zellen wirken, sind auch die Desmosomen keinen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Wird jedoch an den Zellen gezogen, dann werden mechanische Belastungen in Desmosomen sichtbar. „Desmosomen sind sozusagen die Helfer in der Not. Wenn es nur geringe mechanische Belastungen gibt, können andere Strukturen der Zelle die Last tragen. Aber wenn es zu hohem Stress kommt, dann helfen Desmosomen mit“, fasst Biochemikerin Cost die Ergebnisse zusammen.

Originalpublikation: Price, J. A.; Cost, A. L.; Ungewiß, H.; Waschke, J.; Dunn, A. R.; Grashoff, C.: Mechanical loading of desmosomes depends on the magnitude and orientation of external stress. Nature Communications 2018 Dec 11; 9(1):5284; DOI: 10.1038/s41467-018-07523-0

* Dr. C. Menzfeld,

* Max Planck-Institut für Biochemie, 82152 Martinsried

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