Zelladh

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Zelladhäsion, Zell-Verbindungen Extrazelluläre
Matrix

• Übergang Einzeller - Vielzeller

Das Leben im Sozialverband Zusammenhalt und
Kommunikationmechanismen
2
Hydra
Zusammenhalt im Epithel
Verankerung in der Mesoglöa. d.h. extrazelluläre
Matrix
aus Alberts, 1995, Fig. 1-33
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Erfordernisse

• - Zellpolarität (apikal, basal, lateral)
• - Schutz nach außen
• Zellkontakte
• (permanent im Epithel,
• transient z.B. immunologische Synapse)
• - Verankerung in die extrazelluläre Matrix

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Charakteristika von Epithelzellen

• grenzen alle Hohlräume, Flüssigkeitsräume im
  Körper ab
• daher Barrieren Funktion und mechanische
  Festigkeit
• dicht in einen Verband zusammengefaßt
• dünne extrazelluläre Matrix, genannt Basallamina
• - ausgeprägte Zellpolarität (siehe nächste Folie)

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Zelladhäsions- und Kommunikationsstrukturen

• Struktur
• Aufbau der Strukturen in der Entwicklung
• (Beispiel Epidermis-Epithel von Drosophila)
• 3) Medizinische Bedeutung
• Transiente Adhäsionsstrukturen
• Podosomen
• Myoblastenfusion
• Immunologische Synapse

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Strukturen
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Adhesion belt zonula adherens Gürteldesmosomen
im Epithel
apikal
Ca2 abhängige Cadherine vermittelte Zelladhäsion
F-AKTIN
basal
aus Alberts et al., 1995 Fig. 19-8 19-9
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Zellverbindungen Cell Junctions

• Tight Junctions Verschlußkontakte
• Verankerungsverbindungen
• a) zwischen Zellen Adherens junctions (z.B.
  adhesion belt)
• b) Zelle zur extrazell. Matrix z.B. focal
  contacts
• c) Septate junctions (nur Evertebraten)
• 3. Kommunikationsverbindungen
• Gap Junctions
• Chemische Synapsen
• Plasmodemata (nur bei Pflanzen)

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Zell-Kontaktstrukturen
Aus Maier-Teil
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Gap-junction
offene Kanäle zwischen Zellen (siehe Maier Teil)
Permiabilität für
Zelle 1
Zelle 2
Fig. 19-14 und 19-15 aus Alberts et al., 1995
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Tight junctions Verschlußkontakte
Autoradiogramm
apical
(Isotop)
basal
Tracer Zugabe apical
basolateral
aus Alberts, 1995 Fig. 19-3
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Modell Tight junctionsentlang der gesamten
Zellmembranen
Moleküle?
13
Anchoring junctions Stabilität
1) Verbindungen zwischen Zellen, und 2) zur ECM
(extracellular matrix)
kommt auf den Typ der Verbindung an! F-Aktin oder
Intermediärfilamente!
1
2
aus Alberts Fig. 19-6
14
IntegrineVerankerung in die Zellmembran zu
Cytoskelett und Basalmembran
in Hemidesmosomen zwischen Epithelzelle und ECM
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Schema der beteiligten Komponenten
Zelladhäsionsproteine
Integrine
Fig. 19-7 aus Alberts 1995
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Desmosomen
Beispiel Dünndarm-Epithel einer Ratte)
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Struktur von Cadherinen
Es gibt Gewebe-spezifische Isotypen!
ß Catenin hat eine weiter Funktion in
Signalketten Nächste Woche!!
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Cadherine
Gewebespezifische Zelladhäsionsmoleküle

• Brückenproteine
• (verschiedene)

Catenin Vinculin a-Actinin Plakoglobin
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Drei typische Zell-Zell-Adhäsionsprotein-Klassen
Cadherine Ca2 abhängige Adhäsion Immunoglobulin-
Superfamilie Ca2 abhängige Adhäsion Integrine
Zell-Matrix-Adhäsion
Zum Nachlesen Exkurs 8.1 in Wolpert,
Entwicklungbiologie, Spektrum Verlag
20
Darmepithel
aus Alberts et al., Fig. 19-1
21
Probleme in der Entwicklung
Zunächst Zelladhäsion, dann Etablierung der
Zellverbindungen cell-cell adhesion molecules
CAMs, oft Ca2 abhängig d.h. den richtigen
Partner zur richtigen Zeit finden! Wann werden
diese Verbindungen etabliert? Welche Gene
werden dazu aktiviert? Wie wird die apikale bzw.
basale oder laterale Lokalisation
gesteuert? Konsequenz für die Bildung von
Röhren,
22
Furchung bis Blastocyste
5 Tage bis zur Blastocyste noch im Eileiter, dann
erfolgt Einnistung in den Uterus
ES
Trophektoderm
Zwillinge
Vierlinge
von 8 nach 16 Ausbildung von ersten
Zelladhäsionsstrukturen
noch totipotent
Fig. 2.21 aus Wolpert, Entwicklungsbiologie
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Neuralrohr, Mesoderm usw
aus Alberts
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Scaffold Proteinestabilisieren Protein-Komplexe
diese besitzen multiple Protein-Interaktionsdomäne
n, um die Membran-ständigen Proteine
(z.B.Cadherine) an die zellulären Filament
Proteine (z.B. F-Aktin) zu koppeln oft
PDZ-Domäne von PSD-95, Discs large und
ZO-1 aber diese determinieren nicht die
Position von Protein Komplexen in der Zelle!
Apikal versus Basal?? Wie funktioniert das??
Wie werden die distinkten Membran-Domänen
etabliert???
25
PAUSE
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Aufbau der Strukturen in der Entwicklung(Beispiel
Epidermis-Epithel (u.w.) von Drosophila)
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unvollständige Furchung Drosophila syncytial
(vgl KM3)
aus Wolpert, Fig2.30 und Fig 2.32
28
Schema der Insektenepithelorganisation
Knust, E. (1994) Control of epithelial cell
polarity in Drosophila. Trends in Genetics 10,
275 280
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Polarität von EpithelzellenCrumbs, Stardust,
Discs lost, Bazooka Coetablieren und halten
die Zellpolarität aufrecht
Prinzip gefunden bei Drosophila und
C.elegans Medizinische Relevanz z.B. ein Typ
von Erblindung
30
Kutikula
Bachmann, A. et al. (2001) Drosophila Stardust is
a partner of Crumbs in the control of epithelial
cell polarity. Nature 414, 638643
31
Phänotyp crumbs
WT
Crumbs
Knust, E. (1994) Control of epithelial cell
polarity in Drosophila. Trends in Genetics 10,
275 280
32
Experimentelles System Drosophila
Epithel Epidermis, diese sekretiert die
Kutikula, daher sind Fehlentwicklungen der
Epidermis leicht an Defekten der Kutikula
feststellbar
vier Gene wurden über Mutanten charakterisiert
crumbs stardust bazooka discs lost 30
EGF. PDZ im Cytoplasma im Cytopla. 4Laminin
AG-like SH3 PDZ 4 x PDZ TM GUK(guanylate
Kinase) 37 AS im Cytoplasma
33
crumbs8F105 Allel Mol. Biol.
Frage Wie ist das verkürzte Protein lokalisiert?
Knust, E. (1994) Control of epithelial cell
polarity in Drosophila. Trends in Genetics 10,
275 280
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Crumbs apikal protein targeting,anti-Crumbs
crumbs8F115
WT
WT
crumbs8F105
Wodarz, A., Grawe, F., Knust, E. (1993) CRUMBS is
involved in the control of apical protein
targeting during Drosophila epithelial
development. Mech. Dev. 44, 175187
35
Medizinische Bedeutung
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C. elegans bis Mensch Stardust, ein
Interactionspartner von Crumbs
Bachmann, A. et al. (2001) Drosophila Stardust is
a partner of Crumbs in the control of epithelial
cell polarity. Nature 414, 638643
37
D. mel im Auge
Längschnitt durch eine Photorezeptorzelle
distal
apikal
basal
Rhabdomer
Stalk membrane Stardust crumbs
Zonola adherens armadillo
proximal
38
Crumbs- im Auge
Dauerlicht Degeneration der Photorezeptorzellen
Lit. Johnson et al., Curr. Biol. 12, 1675- 1680,
2002 Drosophila Crumbs is required to inhibit
light-induced Photoreceptor degeneration.
39
Literatur Bedeutung in Vertebraten
den Hollander et al. Nat. Genet 23, 217 -221
(1999) Mutations in a human homologue of
Drosophila crumbs cause retinitis pigmentosa
Den Hollander et al., Hum Biol Genet 10, 2767-2773
Fortschreitende Degeneration der
Photorezeptorzellen führt zur vollständigen
Erblindung
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Zelladhäsions- und Kommunikationsstrukturen

• Struktur
• Aufbau der Strukturen in der Entwicklung
• (Beispiel Epidermis-Epithel von Drosophila
• 3) Medizinische Bedeutung
• Transiente Adhäsionsstrukturen
• Podosomen
• Myoblastenfusion
• Immunologische Synapse

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Verschiede Zellkontakte
Bisher gleiche Zelltypen im Epithel
betrachten! Aber auch verschiedene Zellen können
Kontaktstrukturen aufbauen, Transient z.B.
Immunologische Synapse z. T. !!
42
Podosomen
43
Podosomen als fokale Kontakte
Transient beim Wandern von einzelnen Zellen! oder
in der Tumorbiologie Invadopodien bei der
Metastasierung
44
Der Aufbau des Podosoms
aus Linder and Kopp, 2005
Bei Podosomen sind adhäsive Proteine der
Integrin- Familie und assoziierte Moleküle im
Ring lokalisiert, F-Aktin und F-Aktin-interagieren
de Proteine sind im Kern der Struktur lokalisiert
aus Moreau et al., 2003
45
Zelladhäsion Variationen eines Themas
aus Alberts,1995, Fig. 19-26
46
Myoblastenfusion
47
Muskelzellen (vgl KM3)
Fig. 22-36A aus Alberts
48
(vgl KM3)
Nature 424, 138-140, 10 July 2003
49
Transiente Zelladhäsion während der
Myoblastfusion von Drosophila
myoblast
Phalloidin marks F-Aktin
F-Actin
?
?
Rols
growing myotube
F-Actin
Rols
F-Actin
Cell adhesion by heterologous cell adhesion
molecules Receptor clustering
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Die Immunoglobulin Superfamilie ist z. B. für
heterologen Zellkontakt in der Myoblastenfusion
notwendig
- Dumbfounded/Kirre and Roughest/IrreC act
redundantly in founder cells to attract fusion
competent myoblasts. - Dumbfounded/Kirre is
limited to founder cells, while Roughest is also
expressed in fusion competent myoblasts (Bate and
Fischbach labs) ( taken from Strunkelberg et al.,
Development 128, 4229, 2001)
51
Immunologische Synapse
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Der Aufbau der immunologischen Synapse(aus
Friedl and Storim, 2004)
TCR/MHC peptide complex
Heterologe Zelladhäsion
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Zusammenfassung
außerhalb von Epithelien
Epithelzellen
Figure 19-18 Alberts et al., 1995