Zellen zusammenhalten – wie unser Körper mechanischem Stress standhält

Unser Körper besteht aus etwa 30 Billionen Zellen. Diese Zellen müssen fest miteinander verbunden sein, um die Integrität unseres Körpers aufrechtzuerhalten. Allerdings sind wir ständig mechanischen Belastungen ausgesetzt, die die Integrität unseres Körpers immer wieder aufs Spiel setzen. Wie können Zellen mechanischer Kraft widerstehen, um die Integrität unseres Körpers aufrechtzuerhalten? Warum zerfällt unser Körper nicht, wenn wir auf die Straße fallen oder wenn sich die Eingeweide bewegen, um die Nahrung zu verdauen? Das Geheimnis liegt im Adhäsionsapparat von Zelle zu Zelle, der unsere Zellen zusammenhält.

Zellen halten aneinander durch Verbindungsstellen fest, die dazu dienen, benachbarte Zellen zu verbinden. Es sind mindestens drei Arten von Verbindungen bekannt: Tight Junctions, Adherens Junctions und Desmosomen. Frühere Studien haben gezeigt, dass Adhärenzverbindungen und Desmosomen eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Integrität unseres Körpers spielen. Die Rolle von Tight Junctions bei der Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchung wurde bisher jedoch nicht nachgewiesen.

Ein Grund, der die Versuche, die Rolle von Tight Junctions zu verstehen, behinderte, war, dass es aufgrund der überlappenden Funktionen ihrer Hauptbestandteile schwierig war, ihre Aktivität spezifisch und vollständig zu eliminieren. Vor einigen Jahren gelang es der Forschungsgruppe, eine Epithelzelllinie zu erzeugen, der speziell und vollständig die Tight-Junction-Membranproteine ​​Claudin und JAM-A fehlen, und sie konnte zeigen, dass diesen Zellen jegliche Tight-Junctions fehlen.

Bei der sorgfältigen Untersuchung dieser Zellen fanden die Forscher etwas Seltsames. Während normale Zellen immer durch einen kontinuierlichen Gürtel von Zell-zu-Zell-Verbindungen miteinander verbunden sind, wurden bei diesen Zellen sporadische Störungen und Fragmentierungen von Zell-zu-Zell-Verbindungen beobachtet. „Wir hatten so etwas noch nie zuvor gesehen und wurden neugierig auf dieses Thema“, sagte der Erstautor, Thanh Phuong Nguyen.

Die Forscher beschlossen, einen Film zu drehen, um herauszufinden, wie die Verbindungen in diesen Zellen brechen, und stellten fest, dass die Verbindungen brachen, wenn die Zellen gedehnt wurden. Die Forschungsgruppe zeigte außerdem, dass Tight-Junction-Membranproteine ​​die Konformationsänderung eines Proteins namens ZO-1 als Reaktion auf mechanische Kraft regulieren, was darauf hindeutet, dass dieser Mechanosensor wichtig ist, damit Zellen mechanischem Stress widerstehen können.

Mikio Furuse, der leitende Wissenschaftler der Studie veröffentlicht im Zeitschrift für Zellbiologiesagt: „Diese Studie zeigt, dass neben den Adhärenzverbindungen und Desmosomen auch enge Verbindungen für Zellen wichtig sind, um mechanischem Stress standzuhalten. Eine interessante Frage ist, warum wir so viele Verbindungen brauchen, um Kräften standzuhalten, und wie diese Verbindungen zusammenarbeiten, um mechanischen Widerstand zu bieten.“ möchte diese Probleme in Zukunft angehen.“