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Wundheilung: Hautzellen schließen wie ein Reißverschluss

April 2015. Jede Wunde muss sich schließen, damit wir nicht verbluten oder uns eine Infektion zuziehen. Wie die Hautzellen die offenen Stellen in der Haut verschliesesn, war über viele Jahre nicht bekannt. Wissenschaftler der Goethe Universität Frankfurt haben nun zusammen mit Kollegen des European Molecular Biology Laboratory (EMBL) und der Universität Zürich die Fusion der Hautzellen auf molekularer Ebene untersucht. Sie verhalten sich dabei wie ein molekularer Reißverschluss, berichten die Forscher in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift “Nature Cell Biology”.

Als Modellsystem wählten Mikhail Eltsov und Kollegen Embryonen von Fruchtfliegen. Ähnlich wie der Mensch, haben diese während ihrer Entwicklung auf ihrem Rücken eine große Hautöffnung, die sie schließen müssen, um weiter wachsen zu können. Den Prozess nennt man “zipping”, da die zwei Seiten der Haut ähnlich wie ein Reißverschluss geschlossen werden.

Um zu erforschen, wie der Hautverschluss genau vor sich geht, verwendeten die Wissenschaftler eines der besten Elektronenmikroskope.“ Mit unserem Elektronenmikroskop können wir die molekularen Komponenten in der Zelle sehen. Sie arbeiten wie kleine Maschinen daran, die Haut zu verschließen. Aus einem Abstand betrachtet sieht es aus, als ob die Hautzellen einfach miteinander verschmelzen; wenn wir aber hinein zoomen, wird deutlich, dass Zell-Membranen, molekulare Maschinen und andere zelluläre Komponenten beteiligt sind”, erklärt Mikhail Eltsov von der Goethe-Universität.

“Man benötigt ein sehr hoch aufgelöstes Bild des Vorgangs, um dieses Heilungsorchester sichtbar zu machen. Wir haben zu diesem Zweck eine enorme Anzahl von Daten aufgenommen, weit mehr, als bei allen bisherigen Studien”, sagt Mikhail Eltsov.

Als erstes beobachteten die Forscher, dass Zellen ihre gegenüber liegenden Nachbarn aufspüren. Haben sie ihn gefunden, entwickeln sie als nächstes einen molekularen Klettverschluss (eine Adhäsionsverbindung), die sie fest mit dem
Gegenüber verbindet. Die neue und unerwartete Entdeckung dieser Studie war, dass kleine Protein-Röhrchen in der Zelle, die Mikrotubuli, sich an den molekularen Klettverschluss heften und anschließend selbst auflösen. Das führt dazu, dass sich die gesamte Haut zum Wundbereich hin zieht und sich über die offene Hautstelle ausbreitet wie eine Decke.

 

Bildtext: Aufsicht auf 17 Hautzellen, die gerade eine Hautöffnung verschließen. Die Membranen sind in Schattierungen von braun und grün dargestellt, damit einzelne Zellen sichtbar werden. Die Hautzellen entwickeln eine unglaubliche Flexibilität ihrer Membran, um den gegenüberliegenden Nachbarn zu finden.

Damian Brunner, der das Team an der Universität Zürich leitete, hat viele Untersuchungen mit genetisch veränderten Fruchtfliegen gemacht, um herauszufinden, welche Komponenten an dem Verschluss der Hautöffnung beteiligt sind. Zur großen Überraschung der Wissenschaftler bilden Mikrotubuli, die an der Zellteilung beteiligt sind, das Hauptgerüst für das “zipping”. Das deutet darauf hin, dass es sich um einen von der Evolution konservierten Mechanismus handelt.

“Sehr erstaunlich war auch die enorme Plastizität der Membranen bei diesem Vorgang, die zur schnellen Heilung der Hautöffnung beitrug. Wenn fünf bis zehn Zellen ihren entsprechenden Nachbarn gefunden haben, sieht die Wunde bereits verschlossen aus”, sagt Achilleas Frangakis, der wissenschaftliche Leiter der Studie, von der Goethe Universität Frankfurt.

Die Wissenschaftler hoffen, dass diese Studie neue Wege für das Verständnis der epithelialen Plastizität eröffnen wird. Für sie ist es auch von Interesse, die strukturelle Organisation der Adhäsionsverbindungen zu verstehen. Dafür erhielten sie bereits einen ERC Starting Grant des Europäischen Forschungsrats.

 

 

Informationen: Achilleas Frangakis, Institut für Biophysik, Buchmann Institut für Molekulare Lebenswissenschaften, Exzellenzcluster Makromolekulare Komplexe, Campus Riedberg, Frankfurt am Main, Tel.: (069) 798- 46462, achilleas.frangakis@biophysik.org.

Publikation:
Eltsov, Dubé, Yu, Pasakarnis, Haselmann-Weiss, Brunner und Frangakis: Quantitative analysis of cytoskeletal reorganisation during epithelial tissue sealing by large-volume electron tomography, Nature Cell Biology, veröffentlicht online 20. April 2015, DOI 10.1038/ncb3159, Link