Zelladhäsion, Zell-Verbindungen & Extrazelluläre Matrix

1. Zelladhäsion, Zell-Verbindungen & Extrazelluläre Matrix Übergang: Einzeller - Vielzeller Das Leben im Sozialverband: Zusammenhalt und Kommunikationmechanismen

2. Zusammenhalt im Epithel Verankerung in der Mesoglöa. d.h. extrazelluläre Matrix Hydra aus Alberts, 1995, Fig. 1-33

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

4. 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)

5. Zelladhäsions- und Kommunikationsstrukturen Struktur Aufbau der Strukturen in der Entwicklung (Beispiel Epidermis-Epithel von Drosophila) 3) Medizinische Bedeutung Transiente Adhäsionsstrukturen Podosomen Myoblastenfusion Immunologische Synapse

6. Strukturen

7. 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

8. 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)

9. Zell-Kontaktstrukturen Aus Maier-Teil

10. 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

11. Tight junctions = Verschlußkontakte Autoradiogramm apical (Isotop) basal Tracer Zugabe: apical basolateral aus Alberts, 1995 Fig. 19-3

12. Modell: Tight junctionsentlang der gesamten Zellmembranen Moleküle?

13. 1) Verbindungen zwischen Zellen, und 2) zur ECM (extracellular matrix) Anchoring junctions = Stabilität kommt auf den Typ der Verbindung an! F-Aktin oder Intermediärfilamente! 1 2 aus Alberts Fig. 19-6

14. Integrine:Verankerung in die Zellmembran zu Cytoskelett und Basalmembran in Hemidesmosomen zwischen Epithelzelle und ECM

15. Schema der beteiligten Komponenten Zelladhäsionsproteine Integrine Fig. 19-7 aus Alberts 1995

16. Desmosomen Beispiel: Dünndarm-Epithel einer Ratte)

17. Struktur von Cadherinen Es gibt Gewebe-spezifische Isotypen! ß Catenin: hat eine weiter Funktion in Signalketten Nächste Woche!!

18. Cadherine Gewebespezifische Zelladhäsionsmoleküle Brückenproteine (verschiedene) Catenin Vinculin a-Actinin Plakoglobin

19. 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

23. Neuralrohr, Mesoderm usw aus Alberts

24. Scaffold Proteinestabilisieren Protein-Komplexe diese besitzen multiple Protein-Interaktionsdomänen, 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

26. Aufbau der Strukturen in der Entwicklung(Beispiel Epidermis-Epithel (u.w.) von Drosophila)

27. 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

29. 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, 638–643

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

34. 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, 175–187

35. Medizinische Bedeutung

36. C. elegans bis Mensch: Stardust, ein Interactionspartner von Crumbs Drosophila Drosophila C. elegans mouse human Bachmann, A. et al. (2001) Drosophila Stardust is a partner of Crumbs in the control of epithelial cell polarity. Nature 414, 638–643

37. D. mel im Auge Längschnitt durch eine Photorezeptorzelle: distal apikal basal Rhabdomer Zonola adherens armadillo Stalk membrane Stardust crumbs 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

40. Zelladhäsions- und Kommunikationsstrukturen Struktur Aufbau der Strukturen in der Entwicklung (Beispiel Epidermis-Epithel von Drosophila 3) Medizinische Bedeutung Transiente Adhäsionsstrukturen Podosomen Myoblastenfusion Immunologische Synapse

41. 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-interagierende 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 F-Actin Phalloidin marks F-Aktin ? ? Rols growing myotube F-Actin F-Actin Rols Cell adhesion by heterologous cell adhesion molecules: Receptor clustering

50. 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)