Molekulare Zellbiologie II (Histologie)

· multi-unit Typ:

   · einzelne Muskelzelle als funktionelle Einheit / spezifische Innervation / keine spontane Kontraktion

   · Vorkommen: Ziliarmuskel / Mm. dilatator pupillae / Mm. sphincter pupillae

· single-unit Typ / viszeraler (zu den Eingeweiden gehörend) Typ:

   · mehrere Muskelzellen (über Nexus verbunden) als funktionelle Einheit / spontane Kontraktion (z.B. bei Dehnung)

   · Vorkommen: Wand der Hohlorgange / Muskulatur des Verdauungstraktes

· Myofibroblasten:

   · arbeiten als Muskelzellen und als Faser-bildende Fibroblasten

   · Vorkommen: in der Gefässmuskulatur (Synthese der elastischen und kollagenen Faser in der Tunica media)

· Serien von Aktin- und Myosinfilamenten

  · aber keine Sarkomere / H-Bande / T-Tubuli / spezialisiertes SR / Querstreifung

  · jSR und Kaveolen (eine Art T-Tubulus System) liegen in der Nähe der Zellmembran

  · Anheftungsplaques (Vinculin / Talin) und zytoplasmatische Verdichtungen (Funktion wie Z-Scheiben)

  · viele Aktinfilamente gegenüber Myosin Typ SMII (13:1 anstatt 6:1)

  · Intermediärfilamente (Desmin / Vimentin)

· Wachstum:

  · embryologisch aus dem lokalen Mesoderm

  · mesenchymale Stammzellen → glatte Muskulatur / Knochen, Knorpel, Fett

· Regeneration:

  · adult: Fibroblasten-ähnliche Stammzellen

  · de-Differenzierung der Muskelzellen → Teilung → Differenzierung (Teilung differenzierter Muskelzellen ist selten)

  · Hypertrophie (bei Bluthockdruck / Blasenmuskulatur bei vergrösserter Prostata)

  · Hyperplasie (bei Arteriosklerose)

· Diapedese (v.a. Leukozyten)

· Apoptose

· Abschilferung

· Migration / Invasion

· CAMs (Cell Adhesion Molecules):

  · Cadherine

  · Integrine

  · Selektine

  · Mucine (Glykoproteine)

  · IgCAM (Immunoglobulin Familie)

· keine kovalente Bindungen sondern ZMKs

· homophile Interaktionen (die beteiligten Moleküle sind identisch)

· heterophile Interaktionen (es "binden" verschiedene Moleküle aneinander)

· Untereinheitenkonfikuration:

  · α5β1 (in Fibroblasten / Ligand: Fibronectin*)

  · α6β4 (in Epithelzellen / Ligand: Laminin)

* multifunktionelles adhäsives Glykoprotein

  · als Monomer im Plasma löslich

  · als hochpolymere Fibrillen in der ECM

· vaskuläre Zelladhäsionsmoleküle

  · P-Selectin (in Thrombozyten / in Endothelzellen)

  · L-Selektin (in Leukozyten)

  · E-Selektin (in Endothelzellen)

· binden an Oligosaccharide (= Selektin-Liganden / Bindungsstelle = Sialyl LewisX)

· wichtig für Entzündungsreaktionen: bei einer Entzündung werden Selektine im Endothel ausgebildet

  → diese binden an die Oligosaccharide der Leukozyten (Aktivierung der Leukozyten / Rollbewegung)

  → Leukozyt wird an die Entzündungsstelle "geführt"

· E-cadherine (im Embryo / in Epithelien)

· N-cadherine (im Nervensystem / Augenlinse / Muskulatur)

· P-cadherine (im Trophoblast)

· Calcium-unabhängige Adhäsionsproteine / enthalten Immunglobulindomänen

  · NCAM:  neuronales CAM

  · ICAM:    interzelluläres CAM

· fibrilläre Kollagene (Tripelhelixstruktur)

  · v.a. in belastbaren Geweben (Knorpel / Haut) reichlich vorhanden

· elastische Fasern (Elastin / Fibrillin)

  · v.a. in der Aorta / Lunge vorhanden

· Grundsubstanz der ECM besteht aus Proteoglykanen und GAGs

  · viele Proteoglykane im hyalinen Knorpel

· Bindegewebe wird durch spezifische Proteasen (MMP) abgebaut

· Aminosäuren-Sequenz = (Gly-X-Y)n

  · n ~ 350

  · X = v.a. Pro / Ala

  · Y = v.a. Hyp / Ala

· Ganghöhe = 10 Å bzw. 86 Å pro 360° / 3.3 AS pro 360°

· posttranslationelle Modifikation von Prolin / Lysin

· enzymatische Reaktion (Vitamin C / Ascorbinsäure = essentieller Cofaktor)

· Mikrofibrillen / Ring aus fünf Kollagentripelhelices (stabilisiert durch elektrostatische und kovalente* Bindungen)

· ~ 0.3µm Durchmesser

· können an Proteoglykane binden

*  werden durch Quervernetzungen miteinander verbunden (Lysin spielt eine wichtige Rolle)

· Problem: Wie wird ein lösliches Protein unlöslich?

· Lösung:

  · Propeptid wird vom Ribosom in das rER translatiert

  · Protein-Disulfid-Isomerase (PDI) katalysiert Disulfid-Brücken-Bilden → Faltungshelferenzym

  · Chaperone (HSP47 / Heat-Shock-Protein) verhindert ungewollte Faltung

  · PPIase (Peptidyl-Prolin-cis-trans-Isomerase) verhindert ungewollte Anlagerung der Kollagenfibrillen

  · Prokollagen (Tripelhelix) wird über den Golgi-Apparat sezerniert

    → es bilden sich Kollagenfibrillen und schliesslich Kollagenfasern

· Kollagen Typ I: Glasknochenkrankheit (Osteogenesis imperfecta)

· Kollagen Typ II: Skoliosen

· lange Ketten aus Disaccharidbausteinen (z.B. Heparin / Hyaluronsäure / Keratansulfat / ... )

· Proteoglykan, das in allen hyalinen Knorpeln vorkommt

· Proteoglykane lagern sich nicht-kovalent an die Hyaluronsäure an

· sehr hohe Wasseraufnahmefähigkeit / verleiht dem Knorpel dämpfende Wirkung

· MMP / Matrix-Metalloproteasen (Kollagenasen / Gelatinasen / Stromelysine)

· Serinproteasen / Cysteinproteasen / Asparaginproteasen

· Pathologie:

  · Arthrose (Abbau von Gelenkknorpel)

  · metastasierende Tumorzelle (Kollagenasen bauen Basallamina ab)

  · Wundbrand (produziert Kollagenase, die Kollagen auflöst)

  · Cutis Laxa (Ehlers-Danlos Syndrom)

  · Marfan Syndrom

· Gewebslehre

· Untersuchung von Geweben

· Zusammenschluss von Zellen mit ähnlicher Morphologie und Funktion (Loffing)

· Verband aus gleichartig differenzierten Zellen (Lüllmann-Rauch)

· Ephithelgewebe bedeckt

· Bindegewege verbindet / stützt

· Muskelgewebe bewegt

· Nervengewebe kontrolliert

· Organe sind aus mehreren Grundgeweben zusammengesetzt

· Zellverbände mit vielen Zellkontakten und geringem Extrazellulärraum (Lüllmann-Rauch)

· Epithelgewebe besteht aus dicht aneinanderliegenden, untereinander verbundenen Zellen

· Epithelien bilden eine Grenzschicht zwischen verschiedenen Umgebungen

· bedeckt oder kleidet alle Körperoberflächen (ausser Knorpel) aus

· bildet Diffusionsbarriere zwischen Lumen und subepithelialen Raum (→ Grenzgewebe)

· bildet einen soliden Zellverband ohne Blutgefässe (Ausnahme: Innenohrepithel / Stria vascularis)

· Zellen sind durch Zellkontakte untereinander verbunden und an einer Basalmembran verankert

· trennt extrazelluläre Kompartimente unterschiedlicher Zusammensetzung

· polare Bau- und Funktionsweise (apikal vs. basolateral)

· enthält Intermediärfilamente aus Zytokeratin

· gürtelförmige Kontakte (wie Reissverschluss):

  · Tight Junction (Zonula occludens)

  · Adherens Junction (Zonula adhaerens)

· punktförmige Kontakte (wie Druckknöpfe):

  · Desmosom Junction (Macula adhaerens)

  · Gap Junction (Nexus)

· mechanische Kontakte (wie Verzahnung):

  · Invagination

  · Interdigitation

· nur geringe mechanische Stabilität

· dient der Oberflächenvergrösserung

· Vorkommen in elektrolyttransportierenden Epithelien (z.B. Niere, s. Bild)

· Macula adhaerens (macula = Fleck)

· punktförmiger Zellkontakt (ø 0.1 - 0.5 µm / Interzellularspalt: 20 - 40 nm)

· hohe mechanische Stabilität

· Vorkommen v.a. in der Haut und im Herzmuskel

· Desmoglea (interzelluläre Kittsubstanz) mit Mesophragma (= Verdichtung in der Mitte)

  · aus integralen, calciumabhängigen Proteinen (E-Cadherine: Desmoglein 1-3)

· Plaque

  · aus intrazellulären Proteinen (Desmoplakin / Plektin)

· Zytoskelett

  · aus Zytokeratin (Intermediärfilamente = Unterschied zur Zonula Adhaerens)

    · Keratin in Epithelien

    · Desmin in der Herzmuskulatur

· Zonula adhaerens  / Adherens Junction

· gürtelförmiger Zellkontakt (ø 0.1 - 0.5 µm / Interzellularspalt: 20 - 40 nm)

· hohe mechanische Stabilität

· Vorkommen v.a. in einschichtigen Epithelien

· Desmoglea (interzelluläre Kittsubstanz / spärlich)

  · aus integralen, calciumabhängigen Proteinen (E-Cadherine)

· Plaque (spärlich)

  · aus Plaqueproteinen / Adaptorproteinen (Catenine / Vinculin / α-Actinin)

· Zytoskelett

  · aus Aktin und Myosin

· Zonula occludens

· gürtelförmiger Zellkontakt / Barrierenkontakt* (ø ??? µm / Interzellularspalt: verschlossen)

· hohe mechanische Stabilität

· Vorkommen v.a. in einschichtigen Epithelien (z.B. Magen-Darm-Trakt / Lunge / Niere / Blutgefässe)

· undurchlässig für extrazelluläre hydrophile Moleküle (z.B. Ionen) / Membranproteine / Lipide der äusseren Membranlamelle (aber keine 100% Trennung)

· Stärke der Tight Junction kann variieren

* Teilung der Zelle in apikalen und basolateralen Teil (ermöglicht gerichteten Transport / Bildung eines Konz.grad.)

· Desmoglea (interzelluläre Kittsubstanz)

  · aus integralen Proteinen (Occludin / Claudine)

· Plaque

  · aus Plaqueproteinen (Cingulin / ZO 1-3)

· Zytoskelett

  · aus Aktin

· Schlussleistenkomplex = Zonula occludes + Zonula adhaerens + Macula adhaerens

· Begriff aus der Lichtmikroskopie (wegen begrenzter Auflösung sind die Zellverbindungen nur als Punkt sichtbar)

· Nexus

· punktförmiger Zellkontakt (ø ~1 µm / Interzellularspalt: 2 - 4 nm) / kommen oft als Porenkomplexe vor

· Kommunikationskontakt

· Vorkommen in zahlreichen Geweben

· ständiger Auf- und Abbau

· Connexone (transmembrane Kanäle)

  · aus sechs Untereinheiten (Connexine)

· für eine Zell-Zellverbindung verbinden sich Connexone der einen Zelle mit den Connexonen der anderen Zelle

· Connexone ermöglichen die chemische Kopplung (Koordination) von Zellen

· Ionen und Moleküle < 1 kDa können den Kanal frei passieren (z.B. ATP / Glucose / Ca²⁺ / cAMP)

· Regulation über Membranpotential / pH-Wert / Ionen-Konzentrationen / Modifikationen

  · hohe cytosolische Kalziumkonzentration oder niedriger pH-Wert schliessen die Kanäle

· Kontakt zwischen Zellen und Substrat (ECM)

· wichtig für Verankerung / Signalweitergabe / Zellproliferation / Polarisierung von Epithelzellen

· Arten: Hemidesmosomen / Fokale Kontakte

· Dicke: 50 - 800nm

· Strukturen: Basallamina (Lamina rara + Lamina densa / 40 - 120nm) + Lamina fibroreticularis 

· Aufbau:

   · Lamina rara: Laminin / Mukopolysaccharide

   · Lamina densa: Laminin / Kollagen IV / Fibronectin

   · Lamina fibroreticularis: Kollagen I / III

· Funktion: Haftstruktur / Barrierefunktion / Filterfunktion

· punktförmiger Zellkontakt (ähnlich wie Desmosom)

· stellen stabile Verbindung zwischen Basalzellen und Basallamina her