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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
