Zellbiologie der Haut

Forschungsbereich

Ziel des Niessen-Labors ist es zu verstehen, wie die Regulation der Zellstruktur Form und Funktion der epithelialen Barrieren bestimmt. Wir beschäftigen uns mit den Fragen, wie sich Regulatoren der Zellarchitektur mit Signalen integrieren, die Stoffwechsel, Entzündung und Wachstum steuern, um die Bildung und Aufrechterhaltung der mehrschichtigen epidermalen Hautbarriere zu kontrollieren, und wie Veränderungen in diesen biomechanischen Netzwerken zu Krankheiten führen.

Forschungsprojekte

Abbildung oben. Regenbogen Maus Epidermis (Christian Jüngst, Imaging Facility CECAD) Abbildung unten. Multilayered Epidermis und schicht-spezifische Proteinexpression (adaptiert von Rübsam et al., 2017).
Abbildung oben. Regenbogen Maus Epidermis (Christian Jüngst, Imaging Facility CECAD) Abbildung unten. Multilayered Epidermis und schicht-spezifische Proteinexpression (adaptiert von Rübsam et al., 2017).

Im Gegensatz zur apikobasolateralen Polarität bei einfachen Epithelien polarisieren mehrschichtige Epithelien nicht innerhalb einer einzelnen Zelle, sondern schichtübergreifend. Wie die Regulation von Zelladhäsion und Zellform zur Bildung und lebenslangen Regeneration von mehrschichtigen epithelialen Barrieren, wie der epidermalen Barriere der Haut, beiträgt, ist nur unzureichend verstanden. Die Epidermis der Haut schützt die Organismen vor Austrocknung und vor äußeren Herausforderungen wie mechanischen Beanspruchungen, UV-Strahlung und Mikroorganismen. Eine dysfunktionale epidermale Barriere ist mit einer Reihe von Hautkrankheiten verbunden.

Mit einer Kombination aus Mausgenetik, hochauflösender Bildgebung, Proteomik und biophysikalischen Ansätzen untersuchen wir auf verschiedenen Skalenlängen, wie die Regulation von Zellform, Zellschicksal und Zellpositionierung koordiniert wird, um eine funktionierende epidermale Hautbarriere zu bilden, zu erhalten und wiederherzustellen. In weiteren Projekten beschäftigen wir uns mit den Fragen inwiefern eine gestörte Koordination dieser Prozesse Barrierestörungen fördert und Krankheiten wie entzündliche Hauterkrankungen sowie Hautkrebs verursacht.

Laufende Projekte im Labor sind Folgende: (1) das Verständnis, wie Zelladhäsion und Zellmechanik die epidermale Differenzierung und Barrierebildung regulieren; (2) die Entschlüsselung der Rolle von Polaritätssignalen bei der Zellteilung, dem Zellschicksal, der Zellmechanik, bei der epidermalen Entwicklung, der Homöostase und bei Hautkrebs; (3) das Verständnis, wie Stoffwechselwege, einschließlich Lipidsignale und Insulin/IGF-1-Signale, die Funktion der Hautbarriere und die Stammzelldynamik regulieren und ob veränderte Stoffwechselsignale in der Haut Typ-II-Diabetes sowie die damit verbundenen Erkrankungen in der Haut fördern.

Unsere interdisziplinäre Forschung profitiert von überdurchschnittlich qualifizierten Mitarbeitern aus der Dermatologie, Zellbiologie, Mechanobiologie, Physik der weichen Materie, theoretischen Physik, Chemieingenieurwesen, Stoffwechselforschung und Infektiologie.

Das Team

Ausgewählte Publikationen

Peters F*, Tellkamp F*, Brodesser S, Wachmuth E, Tosetti B, Karow U, Bloch W, Utermohlen O, Krönke M, Niessen CM (2020) Murine epidermal Ceramide Synthase 4 is a key regulator of skin barrier homeostasis. J. Invest Dermatol, doi.org/10.1016/j.jid.2020.02.006* shared first authors

Miroshnikova YA, Le HQ, David Schneider D, Thalheim T, Rübsam M, Bremicker N, Polleux J, Kamprad N, Tarantola M, Wang I, Balland M, Niessen CM, Galle J, Wickström  SA (2018) A biomechanical network of adhesion forces and cell mechanics couples proliferation and differentiation to drive epidermal stratification. Nature Cell Biology, 20:69-80. doi: 10.1038/s41556-017-0005

Shafraz O*, Rübsam M*, Stahley SN, Caldara AL, Kowalczyk AP, Niessen CM, Sivasankar S (2018) E-cadherin binds to desmoglein to facilitate desmosome formation. Elife, 12;7:e37629. doi: 10.7554/eLife.37629 *shared first authors

Vorhagen S**, Kleefisch D*, Persa, O-D, Graband, A, Schwickert A, Saynisch M, Leitges M, Niessen CM#, and Iden S# (2018) Shared and independent functions of aPKCλ and Par3 in skin tumorigenesis. Oncogene, 37:5136-5146. doi: 10.1038/s41388-018-0313-1 *shared first and #shared corresponding last authors

Wickström SA, and Niessen CM (2018) Cell adhesion and mechanics as drivers of tissue organization and differentiation:  a question of local symmetry breaking. Curr Opin Cell Biol, 54:89-97. doi: 10.1016/j.ceb.2018.05.003.

Rübsam M, Mertz AF, Kubo A, Marg S, Jüngst C, Goranci-Buzhala G, Schauss AC, Horsley V, Dufresne E, Moser M, Ziegler W, Amagai M, Wickström SA and Niessen CM (2017) E-cadherin integrates mechanotransduction and EGFR signaling to control junctional tissue polarization and Tight Junction positioning. Nat Commun, 8:1250. doi: 10.1038/s41467-017-01170-7

Quang Le H, Ghatak S, Yeung CYC, Tellkamp F, Gunschmann C, Dieterich C, Yeroslaviz A, Habermann B, Pombo A, Niessen CM, Wickström S (2016) Mechanical regulation of transcription drives Polycomb mediated gene silence during lineage committment. Nat Cell Biol, 18(8): 864-75. doi: 10.1038/ncb3387.

Peters F, Vorhagen S, Brodesser S, Jacobshagen K, Brüning JC, Niessen CM#, Krönke M# (2015) Ceramide synthase 4 regulates stem cell homeostasis and hair follicle cycling. J Invest Dermatol 135(6): 1501-9. doi: 10.1038/jid.2015.60. *co-corresponding authors

Guenschmann C, Stachelscheid H, Akyüz MD, Schmitz A, Missero C, Brüning JC#, Niessen CM# (2013) Insulin/IGF-1 controls epidermal morphogenesis via regulation of FoxO-mediated p63 inhibition. Dev Cell, 26(07): 176-87. doi: 10.1016/j.devcel.2013.05.017.

Niessen MT, Scott J, Zielinski J, Vorhagen S, Blanpain C, Leitges M, Niessen CM (2013) aPKCλ controls epidermal homeostasis and stem cell fate through regulation of division orientation. J Cell Biol, 16(09) 202: 887-900. doi: 10.1083/jcb.201307001.

*Shared first authorship

#Shared corresponding authorship

Pubmed link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Niessen+CM&cauthor_id=18206110

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