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Gewebebarriere um Organe

Wie der Körper Schutzwälle aus Zellen klebt

| Autor/ Redakteur: Katrin Boes* / Christian Lüttmann

Eine Barriere, die nicht einmal Moleküle hindurch lässt – Organe sind von einer Schutzschicht aus verklebten Zellen umgeben. Doch wie fügt der Körper die Zellen zu so einem Schutzwall zusammen? Hier haben Forscher aus Dresden gezeigt, welche entscheidende Rolle ein körpereigener Klebstoff dabei spielt.

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Entstehung der Gewebebarriere: Ein Protein, nötig für die Herstellung der Gewebebarriere, wurde mit fluoreszierendem Farbstoff markiert und mithilfe von Fluoreszenzmikroskopie live verfolgt.
Entstehung der Gewebebarriere: Ein Protein, nötig für die Herstellung der Gewebebarriere, wurde mit fluoreszierendem Farbstoff markiert und mithilfe von Fluoreszenzmikroskopie live verfolgt.
(Bild: mpi-cbg)

Dresden – Die Organe unseres Körpers sind wie kleine Fabriken: Jede hat spezielle Aufgaben und ein eigenes Arbeitsklima beziehungsweise ein eigenes Milieu. Und wie eine Fabrik durch Wände von der Außenwelt abgetrennt ist, so haben auch die Organe ihre eigene Abgrenzung. Die Zellen im Epithelgewebe bilden dazu eine Barriere, die sogar für Moleküle dicht ist. Sie spielen damit eine wichtige Rolle beim Schutz unserer Organe, bei der Anpassung an eine sich verändernde Umwelt und beim Transport von Molekülen in das Gewebe herein und heraus.

Die Barriere wird durch einen Proteinkomplex gebildet, der alle Zellen lückenlos miteinander „verklebt“. Erleidet sie Schäden oder geht verloren, so kann dies zu schweren Krankheiten führen, weil Krankheitserreger ungehindert in unser internes System eindringen können. Da die Gewebebarriere für die Funktion unserer Organe von so zentraler Bedeutung ist, ist es wichtig zu verstehen, wie der Körper sie herstellt. Dies haben Forscher des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden untersucht und einen entscheidenden Schlüsselschritt aufgedeckt.

Proteintröpfchen sammeln „Klebstoff“

Bei dem Aufbau der Barriere um die Organe versiegeln enge Verbindungspunkte das Epithelgewebe. Eine zentrale Frage für die Wissenschaftler war, wie sich dieser molekulare Komplex stabil zwischen den Zellen zusammensetzt. Das Team um den Forschungsgruppenleiter Alf Honigmann am MPI-CBG wollte die Bausteine finden, die erklären, wie solche dichten Zellverbindungen aufgebaut werden.

Ein wichtiger Baustein ist die Familie der ZO-Proteine, die sich auf der Innenseite der Zellen befinden. Mit einer Kombination aus Mikroskopie von Gewebe, Gentechnik und Biochemie entdeckten die Forscher entscheidende Details. So zeigte sich, dass bestimmte Proteine als Tröpfchen auf der Zellmembran kondensieren, wenn sich benachbarte Zellen berühren. Mit dieser Fähigkeit ausgestattet, können ZO-Proteine sich sammeln und dabei selektiv Adhäsionsproteine binden, die für das Abdichten der Zellverbindungen benötigt werden.

Analogie zu beschlagenen Fensterscheiben

Oliver Beutel, der Erstautor der Studie, erklärt das Anlagern der ZO-Proteine auf den Zellen: „Dieser Prozess ähnelt dem Phänomen, wenn Wasser auf einem kalten Glasfenster kondensiert und dabei spontan Flüssigkeitströpfchen bildet. Wenn sich benachbarte Zellen berühren, dann kondensieren die ZO-Proteine auf der Innenseite der Zellmembranen in ein Netzwerk aus Tröpfchen, in denen sich alle notwendigen Komponenten sammeln, die für Abdichtung der Zellzwischenräume benötigt werden.“ Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Selbstorganisation von ZO-Proteinen dem Aufbau und der Funktion von dichten Zellverbindungen zugrunde liegt.

„Diese Studie zeigt uns einen wichtigen Mechanismus, wie Epithelzellen unsere Organe abdichten. Unsere Arbeit an diesem Protein-Komplex veranschaulicht die Prinzipien, wie Zellen einfache physikalische Phänomene wie Kondensation dazu nutzen, um komplexe Molekularstrukturen aufzubauen“, ergänzt Studienleiter Honigmann. „Unsere Ergebnisse eröffnen spannende Möglichkeiten, wie sich diese Zellverbindungen während des Gewebewachstums und der -reparatur schnell umstrukturieren lassen.“

Originalpublikation: Oliver Beutel, Riccardo Maraspini, Karina Pombo-García, Cécilie Martin-Lemaitre, Alf Honigmann: Phase Separation of Zonula Occludens Proteins Drives Formation of Tight Junctions, Cell, Volume 179, Issue 4, P923-936.e11, October 31, 2019; DOI:10.1016/j.cell.2019.10.011

* K. Boes, MPI für Molekulare Zellbiologie und Genetik, 01307 Dresden

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