Die Oberfläche unserer Organe ist mit einer Schicht Epithelzellen bedeckt. Diese Zellen spielen 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. Dabei versiegeln enge Verbindungspunkte das Epithelgewebe, die als molekulare Barriere zwischen den Zellen dienen. 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 könnten, 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 konnten die Forscher herausfinden, dass die Proteine Bereiche enthalten, die es ihnen ermöglichen, sich aneinander zu haften und Tröpfchen auf der Membran von Epithelzellen zu bilden.
Mit dieser Fähigkeit ausgestattet, können ZO-Proteinen sich sammeln und dabei selektiv Adhäsionsproteine binden, die für das abdichten der Zellverbindungen benötigt werden. Oliver Beutel, der Erstautor der Studie, erklärt: „Dieser Prozess ähnelt dem Phänomen, wenn Wasser auf einem kalten Glasfenster kondensiert und dabei spontan Flüssigkeitströpfchen bildet. Wenn sich benachtbarte Zellen berühren, dann kondensieren die ZO-Proteine auf der Innenseite von der Zellmembranen in ein Netzwerk aus Tröpfchen, in denen alle notwendigen Komponenten gesammelt werden, die für Abdichtung der Zellzwischenräume benötigt werden.“
Diese Ergebnisse zeigen, dass die Selbstorganisation von ZO-Proteinen dem Aufbau und der Funktion von dichten Zellverbindungen zugrunde liegt. Alf Honigmann, der Leiter der Studie, schlussfolgert: „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.“ Er fügt hinzu: „Unsere Ergebnisse eröffnen spannende Möglichkeiten, wie sich diese Zellverbindungen während des Gewebewachstums und -reparatur schnell umstrukturieren lassen.“
Quelle: Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG)
Originalpublikation: Alf Honigmann et al.; Phase Separation of Zonula Occludens Proteins Drives Formation of Tight Junctions; Cell, 2019; doi: 10.1016/j.cell.2019.10.011
