Forscher haben herausgefunden, dass E-Cadherin, das üblicherweise als der Klebstoff gilt, der Zellen und Gewebe zusammenhält, tatsächlich eine weitere Rolle spielt: Es hilft Epithelzellen, benachbarte tote Zellen aufzunehmen. Die in Nature Communications veröffentlichte Studie zeigt, dass die sehr molekularen Werkzeuge, die die Körperoberflächen abdichten, wiederverwendet werden, um Zellabfall abzutransportieren.
Verena Ruprecht, eine ICREA Research Professor, leitete die Studie. Sie hatte zuvor gezeigt, dass Embryonen Epithelgewebe nutzen, um gemeinsam sterbende Zellen abzutransportieren, als primäres Mittel des Selbstschutzes. Ihr Team beobachtete lebende Zebrafische- und Maus-Embryonen, um den Prozess in Aktion zu beobachten.
Der Klebstoff, der Gewebe zusammenhält
E-Cadherin gehört zu einem größeren molekularen System, das die Zellen der Haut, des Darms und der Atemwege zusammenhält. Jede Zelle verbindet sich mit E-Cadherin-Molekülen ihrer Nachbarn, was diesen Geweben ihre Festigkeit verleiht, damit sie intakt bleiben. Die neue Studie zeigt, dass genau diese Maschinerie zusammenkommt, wo eine sterbende Zelle auf das Gewebe trifft.
Die Forscher führten zwei Tests durch, um zu sehen, ob E-Cadherin an eine sterbende Zelle auf die gleiche Weise bindet, wie es an benachbarte Epithelzellen bindet. Im ersten Test setzten sie das Gewebe toten Zellen aus, denen E-Cadherin entzogen worden war. Das Epithelgewebe entfernte diese Zellen dennoch genauso gut wie normale sterbende Zellen. Im zweiten Test fügten sie Fetttröpfchen hinzu, die ein Signal enthielten, das normalerweise auf sterbenden Zellen zu finden ist, aber kein Protein enthielten. Die Zellen verschlangen diese Tröpfchen dennoch.
Wie Zellen essen, ohne die Barriere zu durchbrechen
Eine Zelle, die etwas von nahezu ihrer eigenen Größe aufnimmt, stellt ein physikalisches Problem dar. Zellen, die Oberflächen auskleiden, liegen sehr nahe beieinander und bilden Barrieren, die abgedichtet bleiben müssen, selbst wenn einzelne Zellen ihre Form verändern, um Abfall loszuwerden.
Eine Live-Imaging-Studie zeigte, dass die beiden Seiten einer Epithelzelle unabhängig voneinander agieren. Die Unterseite dehnt sich und biegt sich, um eine abgestorbene Zelle einzuhüllen, während die Oberseite weitgehend gleich bleibt. Diese obere Oberfläche hält die Gewebeschranke aufrecht, und Messungen zeigten, dass sich ihre Fläche vor, während und nach der Einnahme kaum veränderte. Die Unterseite war diejenige, die während des gesamten Prozesses erhebliche Verformungen erlitt.
Das Zellverhalten gleicht dem von Tänzern, die Arm in Arm stehen, deren Oberkörper ruhig bleiben, während ihre Füße immer kompliziertere Schritte ausführen, so Ruprecht. „Es ist derselbe Tänzer mit einer anderen Choreografie.“
Ein Seil und eine Bremse
Die Forscher untersuchten auch die Mechanik der Beseitigung. Ein einzelnes Protein innerhalb des E-Cadherin-Komplexes diente als Seil und verband die molekulare Baugruppe mit dem inneren Skelett der Zelle und ermöglichte die Kraftübertragung über die Oberfläche des zu verschluckenden Materials. Ohne dieses Verankerungsprotein oder ohne den spezifischen Bereich, der es mit dem Skelett verbindet, verloren die Zellen ihre Fähigkeit, abgestorbene Zellen aufzunehmen.
Die kontraktile Maschinerie der Zelle hatte eine weitere Komponente, die wie eine Bremse wirkte, und das Entfernen dieser Bremse verbesserte den Beseitigungsprozess nicht. Die Zelle wurde stattdessen zu starr und verlor ihre Fähigkeit, sterbende Zellen ordnungsgemäß zu entfernen.
Der Prozess geht über Zebrafische hinaus
Nachdem sie Zebrafische untersucht hatten, wandten sich die Forscher anderen Arten zu, um zu sehen, ob der Mechanismus breiter anwendbar ist. Es stellte sich heraus, dass frühe Mausembryonen ähnlich verhielten, wenn E-Cadherin blockiert wurde: sterbende Zellen blieben unbehandelt. Dieses Ergebnis spiegelt wider, was in Zebrafischen beobachtet wurde, was auf einen gemeinsamen Mechanismus über Wirbeltiere hinweist.
Was passiert bei Erwachsenen?
Eine offene Frage betrifft, ob derselbe E-Cadherin-abhängige Mechanismus in erwachsenen Zebrafischen oder Mäusen oder in irgendeiner Art von menschlichem Gewebe funktioniert. Es gibt Gründe zu der Annahme, dass dies der Fall sein könnte. Erwachsene Epithelgewebe entsorgen sterbende Zellen bereits an mehreren Stellen:
- Die Retina
- Der Dickdarm
- Die Atemwege
- Die Milchdrüse (
E-Cadherin ist in allen Epithelgeweben des Körpers vorhanden, und ihre Struktur hat sich über Arten hinweg kaum verändert. (
Totzellen, die in Körpergeweben verbleiben, sind eine Quelle für Probleme. Sie verursachen anhaltende Reizungen, und das Verständnis davon, wie der Körper sie loswird, könnte uns mehr darüber verraten, was schief geht, wenn das System nicht mehr richtig funktioniert. (
Der Trick beruht auf einer klaren Aufteilung der Aufgaben zwischen zwei Teilen der Zelle. Eine Oberfläche bleibt geschlossen, während sich die andere Zelle biegt. Kraft wandert entlang des Seils, und die Bremse verhindert, dass sich die Zelle zu weit biegt. Es liest sich wie Schritte in einem Tanz, die in einer Größenordnung stattfinden, die für das menschliche Auge zu klein ist, um sie zu erfassen. (
Wissenschaftler arbeiten noch immer daran, das vollständige Bild davon zusammenzusetzen, wie dieses System bei erwachsenen Menschen funktioniert. Die Bausteine sind vorhanden: ein Protein, das im ganzen Körper vorkommt, eine bekannte Aufgabe der Beseitigung von Abfall und ein Prozess, der über sehr lange Zeiträume hinweg stabil geblieben ist. (
Quellenmaterial: “The “glue” holding your cells together has a surprising second job,” ScienceDaily. (
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