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Vorlesung Biologie für Mediziner WS 2010/11<br />
Teil 1 Zellbiologie (Prof. R. Lill)<br />
Themengebiet: Membranverbindungen
Membranverbindungen - Grundlagen<br />
• Grundlage für Ausbildung von Vielzellern, Gewebe<br />
• Mechanische Festigkeit außen und innen (Zytoskelett)<br />
Trypsin<br />
-Ca 2+<br />
Unterschiedliches<br />
Mischen<br />
?<br />
Embryonalgewebe<br />
+ Ca 2+<br />
Trypsin<br />
-Ca 2+<br />
Entfernung des Ca 2+ durch EGTA (Chelator, der Ca 2+ spezifisch bindet)
Membranverbindungen - Grundlagen<br />
Trypsin<br />
-Ca 2+<br />
Unterschiedliches<br />
Embryonalgewebe<br />
Trypsin<br />
-Ca 2+<br />
Mischen<br />
+ Ca 2+<br />
• Wieso erfolgt Entmischung?<br />
• Was hält Zellen in Gewebe zusammen?<br />
–Zelltyp-spezifische Erkennung Zelladhäsionsmoleküle<br />
•Ca 2+ -dependent cell adhesion proteins = Cadherine<br />
•Cell adhesion molecules<br />
= CAM
Membranverbindungen - Grundlagen<br />
Polarisierte Zellen in<br />
Zellkulturschale<br />
Grün: Plasmamembran<br />
Rot: Zellkern<br />
Von oben<br />
90° Drehung<br />
Von der Seite
Zelle-EZM Zell-Zell<br />
Membranverbindungen: Übersicht<br />
1) Verschlußverbindung<br />
A Zonula occludens, tight junction<br />
2) Ankerverbindungen<br />
A Zonula adhaerens, adherens junction, (Gürteldesmosom)<br />
I Desmosomen, Macula adhaerens, Punktdesmosomen<br />
A Fokaler Kontakt, adhesion plaque<br />
I Hemidesmosom<br />
3) Kommunikationsverbindungen<br />
Gap junction, Macula communicans, Nexus<br />
elektrische Synapsen<br />
Polarisierte Epithelzelle<br />
EZM=Extrazelluläre Matrix<br />
Interaktionen mit ... A: Aktinfilament I: Intermediärfilament
Membranverbindungen in polarisierter Epithelzelle<br />
• Besonders häufig in diesen Zellen<br />
• Zell-Zell-Kontakte<br />
• Zell-Extrazelluläre Matrix-Kontakte<br />
1.<br />
basolateral<br />
apikal<br />
EZM = Extrazelluläre Matrix
Tight junctions in<br />
polarisierten Epithelzellen<br />
Wozu?<br />
Zonula occludens =<br />
Tight junction<br />
Verdauungssaft<br />
Azinuszellen des Pankreas
Was ist eine Zonula occludens = tight junction?<br />
• Gut darstellbar mit Gefrierbruchmethode<br />
• Bändermuster (Occludine (5), Claudine (24), ZO1 - ZO4, etc.)<br />
• Gürtel<br />
• Molekulare Basis für polarisierte Epithelzelle<br />
apikale (Mikrovilli) und basolaterale Membran
Zonula occludens, tight junction<br />
• Eingeschränkte Membrandiffusion<br />
• Dichtigkeit des Interzellularspaltes<br />
• Unterschiedliche Dichtigkeit in verschiedenen Geweben<br />
Harnblase 10.000x dichter für Na + als Darm<br />
Besonders hohe Dichtigkeit: Blut-Hirn-Schranke in Hirn-Endothelzellen<br />
• Parazellulärer Transport verhindert
Membranverbindungen in polarisierter Epithelzelle<br />
Zonula adhaerens<br />
2.
Zonula adhaerens, adhesion junction<br />
• Gürtel<br />
• Zell-Zell-Kontaktproteine:<br />
Cadherine<br />
• Interaktionen mit Aktin Zytoskelett<br />
Ca 2+ -abhängige<br />
Bindung
Zonula adhaerens, adhesion junction<br />
• Gürtel<br />
• Zell-Zell-Kontaktproteine:<br />
Cadherine<br />
Ca 2+<br />
• Interaktionen mit Aktin Zytoskelett<br />
(über Ankerproteine<br />
α-Actinin, Vinculin, Catenin,<br />
und evtl. Myosin (Kontraktionen))<br />
PM1 PM2<br />
Z. adherens (schematisch)<br />
• Charakteristische Gewebeverteilung<br />
(E, N, P, R, M Typen)<br />
• Homophile Interaktion<br />
• Funktion bei Zelldifferenzierung (Krebs)<br />
• Pendant an EZM: Fokale Kontakte (Integrine)
Membranverbindungen in polarisierter Epithelzelle<br />
Desmosomen<br />
3.
Desmosomen<br />
• Punktförmig („Druckknopf“)<br />
• Cadherine (Desmoglein, Desmocollin)<br />
Homophile Interaktion
Desmosomen<br />
• Punktförmig („Druckknopf“)<br />
P i<br />
P a<br />
Ca 2+<br />
• Cadherine (Desmoglein, Desmocollin)<br />
Homophile Interaktion<br />
• Plaques (innen (P i ; Desmoplakin)<br />
(außen (P a<br />
; Plakoglobin)<br />
• Interaktionen mit<br />
Intermediärfilamenten (Zytokeratine, Desmin)<br />
• Pemphigus vulgaris (Blasensucht)<br />
PVA = Desmoglein<br />
PM1 PM2<br />
Desmosom (schematisch)<br />
Histologie des Pemphigus:<br />
Spaltbildung in der Epidermis
Desmosomen<br />
• Punktförmig („Druckknopf“)<br />
P i<br />
P a<br />
Ca 2+<br />
• Cadherine (Desmoglein, Desmocollin)<br />
Homophile Interaktion<br />
• Plaques (innen (P i ; Desmoplakin)<br />
(außen (P a ; Plakoglobin)<br />
• Interaktionen mit<br />
Intermediärfilamenten (Zytokeratine, Desmin)<br />
PM1 PM2<br />
• Pemphigus vulgaris (Blasensucht)<br />
PVA = Desmoglein<br />
• Pendant an EZM: Hemidesmosom<br />
(nur morphologische Ähnlichkeit)<br />
– Integrine machen Kontakt zur Extrazellulären<br />
Matrix
Membranverbindungen in polarisierter Epithelzelle<br />
Gap junctions<br />
Mikroinjektion von<br />
fluoreszierendem Farbstoff O:<br />
Verteilung über mehrere Neuronen<br />
4.
Gap junctions<br />
• Austausch kleiner Moleküle < 1000 Da<br />
Ionen, second messenger, Metaboliten<br />
• Metabolische Kopplung der Zellen<br />
90°<br />
(gleichmässige Versorgung der Zellen,<br />
Signalmoleküle (z.B. second messenger)<br />
werden gleichverteilt bei Signaltransduktion)<br />
• Elektrische Kopplung der Zellen<br />
(erregbare Gewebe, Herzmuskelkontraktion)
Gap junctions<br />
• Connexin Connexon Kanal gapjunction(Nexus)<br />
• Homophile und heterophile Interaktionen<br />
• Intrazell. Ca 2+ verschließt gap junction (bei Zelldefekten)
Gap junctions<br />
• Elektrische Synapsen<br />
wichtig bei elektrischer<br />
Erregungsleitung von Zelle<br />
zu Zelle
Gap junctions - Assoziierte Krankheiten<br />
• 13 verschiedene Connexine in Mensch<br />
• Cx32 Mutationen: Charcot-Marie-Tooth disease<br />
Neuropathie mit Zerstörung der Myelinscheide (Schwann-Zellen)<br />
• Cx26, Cx30, Cx31 Mutationen: Sensorineuraler Hörverlust<br />
Genetisch bedingte Taubheit, Ionenfluß in Cochlea<br />
• Cx46, Cx50 Mutationen: Katarakt-Bildung (Augenlinsentrübung),<br />
gestörtes Augenzellwachstum<br />
Knockout-Mäuse als Modell
Funktionen der Membranverbindungen<br />
Zusammenfassung
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