Aufbau der Barriere zwischen drei Zellen entschlüsselt
Organen im Körper von Tieren und Menschen ist eines gemeinsam: Sie werden durch sogenannte Epithelzellen begrenzt, die neben dem Muskel-, Binde- und Nervengewebe zu den Grundgewebearten gehören. Epithelzellen bilden spezielle Verbindungen miteinander, um zu verhindern, dass Substanzen oder Krankheitserreger zwischen den Zellen hindurchtreten können - sie erfüllen damit eine Schutz- und Abdichtungsfunktion für den Körper. Forscherinnen und Forscher des Instituts für Zoophysiologie an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) haben nun herausgefunden, wie die beiden Proteine "Anakonda" und "M6" in Epithelzellen von Taufliegen zusammenwirken, um eine Barriere an sogenannten Dreiwege-Zellkontakten herzustellen.
Diese Eckpunkte zwischen drei Zellen – sogenannte trizelluläre Verbindungen (TZV) – sind unter anderem eine bevorzugte Route für bakterielle Krankheitserreger beim Eindringen in den Körper. Während die Ausbildung der Barriere-Funktion zwischen zwei Epithelzellen jedoch bereits sehr gut untersucht ist, sind die Dreiwege-Zellkontakte bisher erst wenig erforscht. Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Stefan Luschnig erhofft sich durch ein besseres Verständnis des Aufbaus und der Dynamik von Epithel-Barrieren langfristig zu effektiveren Diagnose- und Behandlungsmöglichkeiten beispielsweise von bakteriellen Infektionen oder Entzündungsreaktionen beitragen zu können. Die Studie ist in der Zeitschrift „Current Biology“ erschienen.
Hintergrund und Methode
Die TZV spielen eine essenzielle Rolle für die Funktion der Barriere zwischen Epithelzellen und für die Wanderung von Zellen über Gewebegrenzen hinweg. Spezielle Proteinkomplexe an den Dreiwege-Zellkontakten sind für die abdichtenden Eigenschaften dieser Strukturen verantwortlich. Trotz ihrer fundamentalen Rolle in der epithelialen Biologie sind die Struktur, Zusammensetzung sowie Dynamik des Auf- und Umbaus von Dreiwege-Zellkontakten bisher nur unzureichend verstanden.
Um diese Prozesse zu untersuchen, versahen die Wissenschaftler das M6-Protein in Embryonen der Taufliege Drosophila mit einer fluoreszierenden Markierung und beobachteten mittels eines hochauflösenden Konfokal-Mikroskops die Abläufe in den Dreiwege-Zellkontakten der lebenden Zellen. Durch ihre Untersuchungen fanden Stefan Luschnig und sein Team heraus, dass das M6-Protein dafür verantwortlich ist, das Protein Anakonda stabil an seinem Platz an der Zellmembran der TZV zu halten.
Entfernten die Forscher das M6-Protein, kam das Anakonda-Protein zwar noch an seinen Platz, wurde dort aber nicht stabil verankert. Die Folge ist eine undichte Dreizellverbindung. Aus diesen und weiteren Befunden schlossen die Wissenschaftler, dass die beiden Proteine voneinander abhängen und einen Komplex bilden, der elementar für die stabilisierenden Eigenschaften der Zellkontakte ist. „Auf Basis dieser im Modellorganismus Drosophila gewonnenen Ergebnisse können grundlegende Einsichten über den Aufbau und die Entwicklung von Epithelgeweben auch in komplexeren Tieren und dem Menschen gewonnen werden“, betont Stefan Luschnig.
Förderung
Die Studie erhielt finanzielle Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen des geförderten Sonderforschungsbereichs 1009 „Breaking Barriers“.
Originalpublikation
Anna Wittek, Manuel Hollmann, Raphael Schleutker & Stefan Luschnig (2020): The transmembrane proteins M6 and Anakonda cooperate to initiate tricellular junction assembly in epithelia of Drosophila. Current Biology; DOI: 10.1016/j.cub.2020.08.003