Studie zeigt: Zusammenhalt auf Zellebene ist flexibel und dennoch stabil

Das Gewebe in unserem Körper kann nur zusammenhalten, wenn die Zellen nicht nur aneinander, sondern auch an extrazellulären Strukturen, wie etwa den Kollagenfasern des Bindegewebes und der Haut, haften. Wie genau funktioniert das auf zellulärer Ebene? Welche Proteine ​​spielen welche Rolle?

Neue Daten und Erkenntnisse liegen nun vor veröffentlicht von den Forscherteams um den Zellbiologen Christof Hauck (Konstanz, Deutschland) und den Chemiker Heiko Möller (Potsdam, Deutschland) in der Zeitschrift PLOS BiologieDie Ergebnisse ihrer Studie könnten dazu beitragen, medizinische Wirkstoffe weiterzuentwickeln, die bereits zur Behandlung entzündlicher Darmerkrankungen oder zur Vorbeugung von Herzinfarkten eingesetzt werden.

Paxillin als Bindeglied zum intrazellulären Unterstützungssystem

Für den Zusammenhalt im Gewebe sorgen spezielle Membranproteine ​​– die Integrine. Sie dienen den Zellen als Ankerpunkte. Jede Zelle besitzt viele solcher Ankerpunkte, sogenannte fokale Adhäsionen, die der Zelle wie kleine Füße Halt geben. Integrine müssen mit Proteinen in der Zelle zusammenarbeiten, um sich auch an das intrazelluläre Stützsystem, das Zytoskelett, anbinden zu können.

Eines dieser Proteine ​​ist das Paxillin. Da Paxillin in allen Zellen als Bindeglied zwischen Integrinen und dem Zytoskelett vorkommt, dient es zugleich als Marker zur Visualisierung der punkt- und linienförmigen Verankerungspunkte, also der fokalen Adhäsionen.

Anders als die Begriffe Zytoskelett und fokale Adhäsion vermuten lassen, sind diese Verankerungspunkte keineswegs statisch. Sie werden etwa bei der Bewegung von Zellen immer wieder aufgelöst und an anderer Stelle neu befestigt, etwa wenn Bindegewebszellen eine Wunde in unserer Haut verschließen müssen. Die neuen Daten der Wissenschaftler zeigen, dass Paxillin direkt an den intrazellulären Teil des Integrins bindet. Es klammert sich sozusagen an den Rezeptor.

Analyse der 3D-Struktur bringt wichtiges Puzzleteil ans Licht

Den Forschern gelang es, die genaue Interaktionsstelle sowohl in Paxillin als auch in Integrin einzugrenzen und die bislang unbekannte 3D-Struktur dieses Teils von Paxillin zu bestimmen.

„Ein entscheidendes Puzzlestück zum Verständnis der Interaktion dieser beiden Proteine ​​fanden wir, als wir die genaue Integrin-Bindungsstelle im Kontext der 3D-Struktur von Paxillin entschlüsseln konnten: Bei Paxillin ist dieser Teil als bewegliche Klappe ausgebildet, die das Integrin sehr wahrscheinlich wie eine Klammer festhält, sich aber auch leicht wieder lösen lässt“, erklärt Chemiker Möller.

Zellbiologe Hauck ergänzt: „Grundsätzlich scheint die Flexibilität dieses Paxillin-Abschnitts durch das Festhalten und Freigeben des Integrins die Motilität der Zelle insgesamt zu unterstützen.“

Anwendung auf medizinische Inhaltsstoffe

Die dynamischen Proteinstrukturen wurden mittels Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) von Möllers Forschungsgruppe in Potsdam analysiert.

„Auf dieser Grundlage konnten wir in Konstanz gezielt Varianten des Paxillins und der Integrine herstellen und in lebenden Zellen testen, wie sie sich auf die Bildung und Zusammensetzung fokaler Adhäsionen auswirken. Wir können nun neue Hypothesen darüber aufstellen, wie diese gebildet und umgestaltet werden“, so Hauck.

In der Medizin werden Wirkstoffe, die Integrine und deren Adhäsionsfähigkeit manipulieren, bereits eingesetzt, um Herzinfarkte zu verhindern oder entzündliche Darmerkrankungen zu behandeln. Die Wissenschaftler hoffen, dass die Ergebnisse der Studie dazu beitragen, künftig neue Wirkstoffe zu entwickeln, die zelluläre Adhäsionsstellen gezielt angreifen.