Zellkonkurrenz und Fitness-Sensing-Mechanismen in der Haut

Stammzellen sind die grundlegenden Bausteine, welche für das Entstehen all unserer Gewebe und Organe verantwortlich sind. Darüber hinaus ermöglichen uns Stammzellen, neues und gesundes Gewebe im natürlichen Alterungsprozess zu generieren, und Gewebe zu reparieren, die verletzt wurden. Die Gesundheit unserer Gewebe ist daher auf kritische Art und Weise von der Gesundheit unserer Stammzellen abhängig; wenn diese geschädigt werden, können die daraus resultierenden Konsequenzen für die Funktion von Geweben und Organen fatal sein. Zellulärer Wettbewerb ist ein Mechanismus der Qualitätskontrolle in Stammzellen, dieser führt zur Entdeckung und Eliminierung suboptimaler Stammzellen. Ähnlich wie beim Darwinschen Selektionsmechanismus wird im Prozess des zellulären Wettbewerbs hinsichtlich der fittesten Stammzellen selektiert, weniger fitte und/oder geschädigte Stammzellen werden eliminiert, sodass diese nicht langfristig in Geweben überleben, in denen sie potenziell zu Krankheiten führen könnten. Zellulärer Wettbewerb unterstützt die laufende Gewebefunktion in vielen verschiedenen Organen, die molekularen Mechanismen im Hintergrund sind allerdings bis heute beinahe völlig unbekannt. Daher zielt mein Antrag darauf ab, diese Wissenslücke zu schließen. Hauptsächlich fokussieren wir uns auf vier Fragen: 1- Was macht eine Zelle fitter als ihre Nachbarzelle? 2- Wie wird die Fitness zwischen benachbarten Zellen erkannt? 3- Wie werden weniger fitte Zellen aus Geweben eliminiert, ohne dabei die Gewebefunktion zu stören? 4- Wie passen sich Mechanismen des zellulären Wettbewerbs während einer Verletzung des Gewebes an? Um diese Fragen zu beantworten, fokussieren wir uns auf die Haut von Säugetieren. Die Haut ist ein besonders interessanter Ort um zellulären Wettbewerb zu untersuchen, da die Stammzellen der Haut konstant potenziell schädlichen Einflüssen der Umwelt, wie beispielsweise Sonneneinstrahlung, Chemikalien oder mechanischen Verletzungen, ausgesetzt sind. In der Vergangenheit habe ich ein genetisch lenkbares System entwickelt um zellulären Wettbewerb gezielt zu induzieren und zu untersuchen. Dieses System erlaubt es uns das Wachstum und Überleben einzelner Stammzellen zu verfolgen und ihre molekularen und zellulären Eigenschaften zu untersuchen. Durch die Verwendung dieses genetischen Systems in Verbindung mit Spitzenmethoden der Mikroskopie, Genomik und Modellen der Wundheilung können wir erstmals Einsicht gewinnen, um zu beurteilen, wie Gewebe ihren zellulären Aufbau feinabstimmen, sodass sie ausschließlich aus den fittesten Stammzellen bestehen. Unsere Resultate werden Aufschluss darüber geben, wie unsere Gewebe über ihre Lebenszeit hinweg gesund bleiben und ferner, wie Stammzellen nach Verletzungen Heilungsmechanismen entwickeln. Diese Erkenntnisse werden höchstwahrscheinlich weitreichende Implikationen für unser Verständnis vielerlei Krankheitsbilder, inklusive Krebs, haben, die erst dann entstehen, wenn Prozesse des zellulären Wettbewerbs versagen.