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Jürschick, Johannes –

Jürschick, Johannes – Chemotaxis in µ-Slides mit 3-dimensionalen Gelmatrizes 1.2. Mechanismus von Zellbewegung und Chemotaxis Bei der Betrachtung und Analyse zellulärer Bewegungen ist zwischen den unterschiedlichen Bewegungsprofilen grundlegend zu unterscheiden. Chemokinese stellt die Fähigkeit zu willkürlicher und ungerichteter Bewegung, als Reaktion auf die Zugabe eines bestimmten Stoffes dar. [Becker, 1977]. Erfolgt die Ausrichtung des Bewegungsprofiles von Zellen gezielt und in Abhängigkeit eines zugegebenen Stoffes spricht man von Chemotaxis. [Engelmann, 1881] [Pfeffer, 1884/1888]. Die Bewegung kann dabei auf den Stoff zu erfolgen (Chemoattraktant), oder von ihm fort (Chemorepellent). Dabei wird noch unterschieden, ob die chemotaktische Reaktion durch Stoffgradienten in der flüssigen Phase (Chemotaxis) oder bezüglich der Anzahl der Adhäsionsmoleküle an einer Oberfläche induziert wird (Haptotaxis). [Carter, 1967]. Abbildung 1 gibt einen Überblick über die unterschiedlichen Formen der Fortbewegung eukaryontischer Zellen. Abbildung 1: Die verschiedenen Arten stimulierter Zellbewegungen eukaryontischer Zellen in schematischer Darstellung [Kőhidai L., 2006] Es bestehen grundlegende Unterschiede in der Bewegungsmechanik von Prokaryonten und Eukaryonten. Diese Arbeit befasst sich allerdings ausschließlich mit der Chemotaxis von Eukaryonten. Eukaryontischen Zellen steht zur „Erkundung“ ihres Umfelds ein umfangreiches Netzwerk an 1.Einleitung und Motivation 7

Jürschick, Johannes – Chemotaxis in µ-Slides mit 3-dimensionalen Gelmatrizes Oberflächenrezeptoren zur Verfügung. Im Idealfall, bei einer mittleren Chemoattraktand Konzentration, die in etwa der Dissoziations-Konstante des Rezeptor-Ligand Komplexes entspricht, kann so über die Zelllänge ein Gradient von etwa 2% „erfühlt“ werden. [Devreotes et al., 1988]. So vielfältig dabei stimulierende und hemmende Mechanismen auch sein mögen, läuft die dadurch ausgelöste Reaktion in den meisten Fällen nach einem simultanen Schema ab: – Protrusion/Fortsatzbildung (Lamellipodien) – Adhäsion der Zellfront. – Translokation/Umlagerung der Zellkörpers – Retraktion/Ablösen des rückwärtigen Zellteils Innerhalb der Zelle kommt es während der Bewegung zu einer Umlagerung des Aktingerüsts. Die chemotaktisch induzierte Ausrichtung einer Zelle und die Ausbildung einer Zellfront sowie eines rückwärtigen Zellteils bezeichnet man als Polarisation. [Zigmond et al., 1981],[Weiner, 2002]. Die Polarisation eines neutrophilen Granulozyten, ausgelöst durch den chemotaktischen Stimulus aus einer Mikropipette ist in Abbildung 2 gezeigt. Abbildung 2: Polarisation eines neutrophilen Granulozyten als Reaktion auf eine Stimulation mit N- Formylmethionyl-Lencyl-Phenylalanin (fMLP) aus einer Mikropipettenspitze (weisser Punkt), nach (A) 5s, (B) 30s, (C) 81s, (D) 129s. Der weiße Balken in (A) entspricht 5µm. [Weiner et al., 1999] 1.Einleitung und Motivation 8

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