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Regulation of Cell Adhesion and Fibronectin Fibrillogenesis by Biomimetic Substrates

Dragovits, Mercedes Laura

German Title: Regulation von Zelladhäsion und Fibronektin Fibrillogenese auf Biomimetischen Substraten

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Abstract

Transmembrane integrin receptors modulate a wide variety of cellular functions, like survival, proliferation, adhesion and extracellular matrix (ECM) assembly. The major ligand of a5b1-integrin is fibronectin (FN), a key component of the ECM. This glycoprotein can be found as fibrillar network in different tissues (cellular FN, cFN) or circulating in plasma (plasma FN, pFN). These two physiologically ocurring types of FN also differ in their structure and composition due to alternative splicing. One objective of this work was to analyze how the different FNs affect cell spreading and the formation of adhesion sites. Therefore, glass substrates were coated with either pFN or cFN and cell responses were monitored by phase contrast or fluorescence microscopy. Cell spreading kinetics was similar on both substrates. However, it was observed for the first time that there were differences in the distribution and shape of adhesion sites; while different focal adhesion (FA) markers localized over the whole cell area on cFN, they were found preferentially at the cell periphery on pFN coatings. In addition, cFN favoured a more elongated shape of adhesion sites, a faster translocation of a5b1-integrin and FN fibril formation, showing that the molecular composition of this protein affects in turn FN assembly. Fibroblasts were seeded on gold nanopatterned surfaces biofunctionalized with cyclic RGD peptides targeting mainly avb3-integrin. On substrates presenting an inter-ligand distance of 58 nm, fibroblasts formed actin stress fibers and FN fibrils. In contrast, FN was only detected as dot-shaped accumulations on samples with a higher inter-ligand distance (73 nm or 110 nm), indicating that 58 nm is a critical inter-ligand distance for avb3-integrin that promotes both the formation of stress fibers and FN assembly. In this study I could show that distinct FNs and the spatial organization of integrin ligands differentially affect cell adhesion and FN deposition. In addition, these results reinforce the correlation between FA and fibrillar adhesion formation, indicating that FN assembly can be regulated by controlling cell adhesion through substrate functionalization.

Translation of abstract (German)

Integrine sind Transmembranrezeptoren, welche ein breites Spektrum unterschiedlicher Zellfunktionen, wie das Überleben, die Proliferation, die Adhäsion und die Bildung der extrazellulären Matrix (ECM) regulieren. Der wichtigste Ligand des a5b1 -Integrins ist das Fibronektin (FN), eine Hauptkomponente der ECM. Dieses Glykoprotein kommt in diversen Geweben als fibrilläres Netzwerk (zelluläres FN, cFN) oder im Plasma (Plasma FN, pFN) vor. Diese zwei physiologisch vorkommenden FN-Typen unterscheiden sich aufgrund von alternativem Spleißen auch in ihrer molekularen Zusammensetzung und Struktur. Das Ziel dieser Arbeit war, die Einflüsse beider FNs sowohl auf die Zellausbreitung als auch auf die Bildung von Adhäsionsstellen zu analysieren. Die Zellausbreitung war auf beiden Substraten ähnlich. Zum ersten Mal wurden allerdings Unterschiede in der Verteilung und Form von Adhäsionsstellen aufgezeigt. Fokaladhäsionen (FA) wurden auf der gesamten Zellfläche auf cFN, während sie auf pFN vorzugsweise in der Zellperipherie beobachtet wurden. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass cFN eine länglichere Form von Adhäsionsstellen, eine schnellere Translokation von a5b1 -Integrin sowie FN Fibrillenbildung förderte. Fibroblasten wurden auf Gold-Nanostrukturen, welche mit avb3 -Liganden funktionalisiert wurden, gesetzt. Aktin Stressfasern und FN Fibrillen wurden auf Substraten beobachtet, die einen Interliganden-Abstand von 58 nm aufwiesen, im Gegensatz zu Proben mit einem größeren Abstand, auf denen FN lediglich als punktförmige Aggregate sichtbar war. Diese Ergebnisse zeigten, dass 58 nm ein kritischer Abstand von avb3 -Liganden ist, welcher die Bildung von Stressfasern und FN-Fibrillen begünstigte. In dieser Studie konnte ich zeigen, dass die molekulare Zusammensetzung von FN und die räumliche Anordnung von Integrinliganden einen Einfluss auf die Zelladhäsion und die Ablagerung von FN haben. Diese Ergebnisse unterstreichen den Zusammenhang zwischen der Bildung von FA und fibrillären Adhäsionen. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die Assemblierung von FN durch die Regulierung von Zelladhäsion mittels Substratfunktionalisierung beeinflusst werden kann.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Özbek, Dr. PD Suat
Date of thesis defense: 13 January 2012
Date Deposited: 14 Feb 2012 09:56
Date: 2011
Faculties / Institutes: The Faculty of Bio Sciences > Dean's Office of the Faculty of Bio Sciences
Subjects: 570 Life sciences
Uncontrolled Keywords: focal adhesion , fibrillar adhesion , fibroblast , extracellular matrix
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