Das WIN-Kolleg

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PROTEIN KINASE D-REGULATED EXTRACELLULAR MATRIX
DEGRADATION MONITORED BY AN OPTICAL BIOSENSOR
Sprecherin: Dr. Angelika Hausser
Kollegialen: Dr. Angelika Hausser1 und Dr. Claudia Pacholski2
Mitarbeiter: Sandra Barisic, Elena Martinez Benitez, Stefan Quint
1 Institut für Zellbiologie und Immunologie der Universität Stuttgart
2 Max-Planck-Institut für Metallforschung, Neue Materialien und Biosysteme,
Stuttgart
Zusammenfassung
Unter der Migration und Invasion von Zellen versteht man die aktive Fortbewegung
einzelner Zellen oder Zellverbände in einem Organismus. Zellmigration ist daher
essenziell für physiologische Prozesse wie Wundheilung oder Reaktion des Immun-
systems auf fremde Substanzen. Eine Dysregulation dieses Prozesses ist aber auch an
der Entstehung vieler Krankheiten wie z. B. Tumorzellinvasion und Metastasierung
beteiligt. Die Invasion von Tumorzellen aus oder in Gewebe benötigt den kontrol-
lierten lokalen Abbau der extrazellulären Matrix durch die Sekretion von Proteasen.
Das Ziel dieses interdisziplinären Gemeinschaftsprojekts war die Entwicklung
eines optischen Biosensors für die schnelle und einfache Quantifizierung und Echt-
zeit-Verfolgung des Abbaus der extrazellulären Matrix durch Tumorzellen. Hierfür
sollten die molekularen Mechanismen und Signalwege, die Tumorzellinvasivität
steuern, aufgeklärt werden. In diesem Zusammenhang wurde insbesondere die
Funktion der Proteinkinase D (PKD) detailliert analysiert.
Der optische Biosensor besteht aus einem periodischen Lochmuster in einem
Goldfilm, der eine außergewöhnlich hohe Transmission von Licht bei bestimmten
Wellenlängen zeigt. Diese außergewöhnliche Transmission wird durch sogenannte
Oberflächenplasmonen unterstützt, die empfindlich auf Veränderungen der Brechungs-
indices an der Gold/Medium-Grenzfläche reagieren und dadurch charakteristische
Veränderungen im Transmissionsspektrum hervorrufen. Für die Herstellung dieser
plasmonischen Sensoren wurde eine neue bottom-up Methode entwickelt und eta-
bliert, in der Hydrogelkugeln zu geordneten zweidimensionalen Mustern auf Ober-
flächen abgelagert wurden. Diese zweidimensionalen Muster wurden als Maske für
die anschließende chemische Abscheidung eines Goldfilmes genutzt. Die Sensoren
konnten erfolgreich für die Detektion von Brechungsindexänderungen an der Gold-
oberfläche genutzt werden. Erste sensorische Experimente konnten den Abbau der
ECM durch MMPs durch Veränderungen im Transmissionsspektrum zeigen.
Molekulare Mechanismen der Kontrolle der gerichteten Zellmigration durch PKD
PKD ist ein Schlüsselregulator der gerichteten Zellmigration in mehreren Krebs-
zelllinien, wie z.B. Pankreaskarzinom, Cervixkarzinom und Brustkrebszellen. PKD-