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Vorlesung Biologie für Mediziner WS 2006/7
Teil 1 Zellbiologie (Prof. R. Lill)
Themengebiet: Membranverbindungen
Membranverbindungen - Grundlagen
• Grundlage für Ausbildung von Vielzellern, Gewebe
• Mechanische Festigkeit außen und innen (Zytoskelett)
Trypsin
- Ca2+
Unterschiedliches
Embryonalgewebe
Trypsin
- Ca2+
Mischen
+ Ca2+
?
Membranverbindungen - Grundlagen
Trypsin
- Ca2+
Unterschiedliches
Embryonalgewebe
Mischen
+ Ca2+
Trypsin
- Ca2+
• Wieso erfolgt Entmischung?
• Was hält Zellen in Gewebe zusammen?
–Zelltyp-spezifische Erkennung Î Zelladhäsionsmoleküle
•Ca2+-dependent cell adhesion proteins = Cadherine
•Cell adhesion molecules
= CAM
Membranverbindungen: Übersicht
1) Verschlußverbindung
A Zonula occludens, tight junction
Polarisierte Epithelzelle
Zelle-EZM Zell-Zell
2) Ankerverbindungen
A Zonula adhaerens, adherens junction, (Gürteldesmosom)
I Desmosomen, Macula adhaerens, Punktdesmosomen
A Fokaler Kontakt, adhesion plaque
I Hemidesmosom
3) Kommunikationsverbindungen
Gap junction, Macula communicans, Nexus
elektrische Synapsen
EZM=Extrazelluläre Matrix
Interaktionen mit ... A: Aktinfilament
I: Intermediärfilament
Membranverbindungen in polarisierter Epithelzelle
•
•
•
Besonders häufig in diesen Zellen
Zell-Zell-Kontakte
Zell-Extrazelluläre Matrix-Kontakte
1.
EZM = Extrazelluläre Matrix
Tight junctions in
polarisierten Epithelzellen
Wozu?
Zonula occludens =
Tight junction
Verdauungssaft
Azinuszellen des Pankreas
Was ist eine Zonula occludens = tight junction?
•
•
•
•
Gut darstellbar mit Gefrierbruchmethode
Bändermuster (Occludin, Claudin, ZO1 - ZO4)
Gürtel
Molekulare Basis für polarisierte Epithelzelle
apikale (Mikrovilli) und basolaterale Membran
Zonula occludens, tight junction
•
•
•
Eingeschränkte Membrandiffusion
Dichtigkeit des Interzellularspaltes
Unterschiedliche Dichtigkeit in verschiedenen Geweben
Harnblase 10.000x dichter für Na+ als Darm
•
Parazellulärer Transport
Membranverbindungen in polarisierter Epithelzelle
Zonula adhaerens
2.
Zonula adhaerens, adhesion junction
•
•
•
Gürtel
Zell-Zell-Kontaktproteine:
Cadherine
Interaktionen mit Aktin Zytoskelett
Zonula adhaerens, adhesion junction
•
•
Gürtel
Zell-Zell-Kontaktproteine:
Cadherine
•
Interaktionen mit Aktin Zytoskelett
Ca2+
(über Ankerproteine
α-Actinin, Vinculin, Catenin,
und evtl. Myosin (Kontraktionen))
PM1 PM2
•
Charakteristische Gewebeverteilung
(E, N, P, R, M Typen)
•
•
Homophile Interaktion
Funktion bei Zelldifferenzierung (Krebs)
•
Pendant an EZM: Fokale Kontakte (Integrine)
Membranverbindungen in polarisierter Epithelzelle
Desmosomen
3.
Desmosomen
• Punktförmig („Druckknopf“)
• Cadherine (Desmoglein, Desmocollin)
Homophile Interaktion
Desmosomen
• Punktförmig („Druckknopf“)
• Cadherine (Desmoglein, Desmocollin)
Pa Pi
Ca2+
Homophile Interaktion
• Plaques (innen (Pi; Plakoglobin)
(außen (Pa; Desmoplakin)
• Interaktionen mit
Intermediärfilamenten (Zytokeratine, Desmin)
• Pemphigus vulgaris (Blasensucht)
PVA = Desmoglein
Histologie des Pemphigus:
Spaltbildung in der Epidermis
PM1 PM2
Desmosomen
• Punktförmig („Druckknopf“)
• Cadherine (Desmoglein, Desmocollin)
Pa Pi
Ca2+
Homophile Interaktion
• Plaques (innen (Pi; Plakoglobin)
(außen (Pa; Desmoplakin)
• Interaktionen mit
Intermediärfilamenten (Zytokeratine, Desmin)
• Pemphigus vulgaris (Blasensucht)
PVA = Desmoglein
• Pendant an EZM: Hemidesmosom
(nur morphologische Ähnlichkeit)
– Integrine machen Kontakt zur Extrazellulären Matrix
PM1 PM2
Membranverbindungen in polarisierter Epithelzelle
Gap junctions
Mikroinjektion von
fluoreszierendem Farbstoff O:
Verteilung über mehrere Neuronen
4.
Gap junctions
• Austausch kleiner Moleküle < 1000 Da
Ionen, second messenger, Metaboliten
• Metabolische Kopplung der Zellen
(gleichmässige Versorgung der Zellen,
Signalmoleküle (z.B. second messenger)
werden gleichverteilt bei Signaltransduktion)
• Elektrische Kopplung der Zellen
(erregbare Gewebe, Herzmuskelkontraktion)
90°
Gap junctions
• Connexin Î Connexon Î Kanal Î gap junction (Nexus)
• Homophile und heterophile Interaktionen
• Intrazell. Ca2+ verschließt gap junction (bei Zelldefekten)
Gap junctions
• Elektrische Synapsen
wichtig bei elektrischer
Erregungsleitung von Zelle
zu Zelle
Gap junctions - Assoziierte Krankheiten
• 13 verschiedene Connexine in Mensch
• Cx32 Mutationen: Charcot-Marie-Tooth disease
Neuropathie mit Zerstörung der Myelinscheide (Schwann-Zellen)
• Cx26, Cx30, Cx31 Mutationen: Sensorineuraler Hörverlust Genetisch bedingte Taubheit, Ionenfluß in Cochlea
• Cx46, Cx50 Mutationen: Katarakt-Bildung (Augenlinsentrübung), gestörtes Augenzellwachstum
Î Knockout-Mäuse als Modell
Funktionen der Membranverbindungen
Zusammenfassung
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