Zellkommunikation: Gesellige Rezeptoren

4. Februar 2014
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Wandernde oder wachsende Zellen müssen sich im Körper zurechtfinden. Als Wegweiser dienen Eph-Rezeptoren und ihre Bindungspartner, die Ephrine. Wissenschaftler haben entdeckt, dass die Ephrin/Eph-Komplexe in Dreier- oder Vierergruppen zusammenfinden müssen, um aktiv zu werden.

Kommen Menschen zusammen, gibt es meist viel zu bereden. Ganz ähnlich sieht das bei unseren Zellen aus. Wachsen Zellen zum Beispiel während der Entwicklung aufeinander zu, so müssen sie mit den umgebenden Zellen klären, ob sie am richtigen Platz im Organismus sind und mit welchen Zellen sie sich verbinden sollen. Einen besonders hohen Kommunikationsbedarf gibt es im Gehirn, wo ständig neue Kontakte zwischen Nervenzellen entstehen und wieder verschwinden. Nur wenn sich die richtigen Zellen miteinander verbinden, kann zum Beispiel etwas Neues gelernt werden. Und auch ein wachsender Tumor muss sich mit den Zellen seiner Umgebung austauschen, um wachsen zu können. „Es ist von grundlegender Bedeutung zu verstehen, wie Zellen miteinander kommunizieren“, sagt Rüdiger Klein, Direktor am Max-Planck-Institut für Neurobiologie. Zusammen mit seiner Abteilung erforscht er schon seit Jahren die „Sprache“ der Zellen. Im Fokus der Wissenschaftler stehen dabei die sogenannten Eph-Rezeptoren und ihre Bindungspartner, die Ephrine.

Die Zellkommunikation über Ephrine/Eph-Rezeptoren spielt bei den meisten Begegnungen zwischen Zellen eine Rolle. Als Resultat dieser Kommunikation stößt in der Regel eine Zelle die andere ab, die dann in eine andere Richtung weiterwächst. Viele solcher Interaktionen lenken die Zelle an den richtigen Ort. Das Lenksystem, die Ephrine und Eph-Rezeptoren, sitzen auf der Oberfläche von Zellen. Treffen Ephrin und Eph-Rezeptor zweier Zellen aufeinander, so bilden sie einen Ephrin/Eph-Komplex. Dadurch werden zelluläre Prozesse in einer oder beiden Zellen ausgelöst, die schließlich zur Trennung des Ephrin/Eph-Komplexes und zur Abstoßung der beiden Zellen voneinander führt.

„Damit nicht ein falscher Alarm die zellulären Prozesse auslöst, haben viele Rezeptorsysteme einen Sicherheitscode eingebaut“, erklärt Rüdiger Klein. „Es wird nur dann ein Signal in die Zelle weitergegeben, wenn zwei Rezeptor/Bindungspartner-Paare zu einem sogenannten Dimer zusammenkommen.“ Doch bei Ephrinen und Eph-Rezeptoren ist das anders. Ephrin/Eph-Komplexe kommen in Dimeren, aber häufig auch in größeren Gruppen auf den Zellmembranen zusammen. Wie dies die Fähigkeit zur Abstoßung und deren Stärke beeinflusst, blieb unklar.

Nicht auf die Größe, sondern auf das Verhältnis kommt es an

Nun ist es den Martinsrieder Neurobiologen zusammen mit ihren Kollegen vom Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie in Dortmund gelungen, die Gruppenbildung von Ephrin/Eph-Komplexen in der Zellkultur künstlich auszulösen und zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass die sonst üblichen Dimere bei Eph-Rezeptoren inaktiv sind. Erst Tri– und Tetramere lösten die Signale aus, die zur Abstoßung der Zellen führen. Die Arbeitshypothese der Wissenschaftler, dass eine größere Gruppe ein stärkeres Signal auslöst, erwies sich jedoch als zu einfach. „Es hat eine ganze Zeit gebraucht, bis wir das System durchschaut haben“, berichtet Andreas Schaupp, der Erstautor der Studie.

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Auf der Oberfläche dieser Nervenzelle unzählige Eph-Rezeptoren (grün). Werden diese künstlich zur Gruppierung angeregt, so zieht sich der auswachsende Zellfortsatz, das Axon (Spitze in rot), zurück. © MPI für Neurobiologie / Dudanova

„Es kommt nämlich nicht auf die Größe einer einzelnen Gruppe an, sondern auf das Verhältnis der Gruppen zueinander.“ Je mehr Tri- und Tetramere und je weniger Dimere in der Zellmembran vorhanden sind, desto stärker ist das Signal zur Zellabstoßung. Kommen dagegen vor allem Dimere und nur wenige Multimere vor, kommt es zu keiner oder nur einer geringen Reaktion. „Über diesen Mechanismus kann eine Zelle sehr fein abstimmen, ob sie eine andere Zelle zur Kehrtwende bewegt oder sie nur knapp an sich vorbei lenkt“, freut sich Rüdiger Klein über das Ergebnis. Es ist ein wichtiger Schritt, um zu verstehen, wie wandernde und wachsende Zellen ihren Weg finden und warum dieses Leitsystem bei manchen Krankheiten versagt.

Originalpublikation:

The composition of EphB2 clusters determines the strength in the cellular repulsion response
Rüdiger Klein et al.; Journal of Cell Biology, doi: 10.1083/jcb.201305037; 2014

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