Light responsive cell-cell like biointerface using cadherin peptidomimetics

Abstract

Interaction between the cells plays a vital role in tissue formation and transmembrane signalling. The family of Cadherin proteins is among the important classes of adhesion molecules engaged in cell-cell interactions. Whose members mediate homophilic Ca2+ dependent cell-cell adhesion, and they are dynamic and spatiotemporally tightly regulated in a wide variety of tissues. Dynamic control of cadherin mediated interactions is a key to understand and modulate various cellular events for biomedical applications. This thesis presents a new strategy to spatiotemporally control cadherin mediated cell-cell interactions at biomimetic interfaces. For this purpose photoactivatable peptidomimetics of E-cadherin and N-cadherin were developed by introducing a light responsive non-natural amino acid, His[Ru(bpy)2PPh3] at the His residue of the HAV cadherin binding motif. These peptides were immobilized on poly(acrylamide) hydrogels and cadherin-mediated cell adhesion and derived cellular responses as a function of the activity of the peptide were studied. Flat and micropatterned hydrogels were used to reconstruct polarized cellular microenvironments, as they occur in epithelial or musculoskeletal tissues. Cellular morphology on the novel cadherin mimetic hydrogels was explored. Light-regulated myogenic differentiation of C2C12 cells by temporal control of N-cadherin peptide presentation was demonstrated using the photoactivatable N-cadherin mimetic peptide.

Die Interaktion zwischen den Zellen spielt eine entscheidende Rolle bei der Gewebebildung und der Transmembransignalisierung. Die Familie der Cadherin-Proteine gehört zu den wichtigen Klassen von Adhäsionsmolekülen, die an Zell-Zell-Interaktionen beteiligt sind. Deren Mitglieder vermitteln die homophile Ca2+ abhängige Zell-Zell-Adhäsion, und sie sind in einer Vielzahl von Geweben dynamisch und räumlich-zeitlich streng reguliert. Die dynamische Kontrolle der durch Cadherin vermittelten Interaktionen ist ein Schlüssel zum Verständnis und zur Modulation verschiedener zellulärer Ereignisse für biomedizinische Anwendungen. In dieser Dissertation wird eine neue Strategie zur raum-zeitlichen Kontrolle von Cadherin-vermittelten Zell-Zell-Interaktionen an biomimetischen Grenzflächen vorgestellt. Zu diesem Zweck wurden photoaktivierbare Peptidomimetika von E-Cadherin und N-Cadherin entwickelt, indem eine lichtempfindliche nicht-natürliche Aminosäure, His[Ru(bpy)2PPh3] am His-Rest des HAV-Cadherin-Bindungsmotivs eingeführt wurde. Diese Peptide wurden auf Poly(acrylamid)-Hydrogelen und durch Cadherin vermittelte Zelladhäsion immobilisiert, und es wurden abgeleitete zelluläre Antworten als Funktion der Aktivität des Peptids untersucht. Zur Rekonstruktion polarisierter zellulärer Mikroumgebungen, wie sie in epithelialen oder muskuloskelettalen Geweben vorkommen, wurden flache und mikroparenchymierte Hydrogele verwendet. Die zelluläre Morphologie der neuartigen Cadherin-mimetischen Hydrogele wurde untersucht. Die lichtgesteuerte myogene Differenzierung von C2C12-Zellen durch zeitliche Kontrolle der N-Cadherin-Peptid-Präsentation wurde mit dem photoaktivierbaren N-Cadherin-Mimetikum-Peptid nachgewiesen.