Wie Darmzellen bauen ein nährstoff absorbieren , Erreger abweisende Oberfläche

Die " Bürstensaum " - eine dicht gepackte Anordnung von fingerartigen Projektionen genannt Mikrovilli - deckt die Oberflächen der Zellen , die unseren Darm auskleiden.

Vanderbilt University Forscher haben nun entdeckt, wie Darmzellen bauen diese spezialisierte Struktur, die entscheidend für die Aufnahme von Nährstoffen und die Verteidigung gegen Krankheitserreger ist . Die Ergebnisse, veröffentlicht 10. April in der Zeitschrift Cell , offenbaren eine Rolle für Adhäsionsmoleküle in Bürstensaum Montage und unser Verständnis von Darmerkrankungenmit vererbten und Infektionskrankheiten verbunden.

Krankheitserreger, die die Darm Bürstensaum Ursache zu zerstören Durchfall und Tod - ein besonderes Problem in den Gemeinden , die keine sichere Wasserversorgung.

"Ohne eine voll funktionsfähige Bürstensaum , die genügend Fläche und Absorptionsfähigkeit hat , kann man nicht überleben können ", sagte Matthew Tyska , Ph.D., Associate Professor für Zell- und Entwicklungsbiologie und leitende Autor der Zelle Papier. "Unsere Grundlagenforschung Entdeckungen bieten einen Rahmen für darüber nachzudenken, wie Darmoberflächenmorphologiezu steuern . - Und wie es zu reparieren "

Trotz der wichtigen Rolle der Bürstensaum , hat seine Montage ein Rätsel . Mit Hilfe der Rasterelektronenmikroskopie , Tyska und Postdoc Scott Crawley , Ph.D., folgte die Generation der Bürstensaum im Laufe der Zeit in einer epithelialen Zellkulturmodell .


Tausende von fingerartigen Vorsprüngen bilden ein " Brush-Border " auf den Oberflächen von kultivierten Epithelzellen. In den Darm , der Bürstensaum zur Aufnahme von Nährstoffen und der Abwehr von Krankheitserregern zuständig .
Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung von Matthew Tyska , Ph.D., und Kollegen , Vanderbilt University

Sie fanden heraus, daß, wenn die Mikrovilli sich abzeichnen , halten sie sich gegenseitig an ihren Spitzen und bilden kleine Tipi ähnlichen Clustern. Mit der Zeit wachsen diese Cluster , mehr und mehr Mikrovilli umfassen, bis die gesamte Zelloberfläche durch Mikrovilli einheitliche Höhe bedeckt.

"Das war wirklich die grundsätzliche Feststellung , die Anlass gab dem Rest des Projekts - , dass diese Mikrovilli kommen aus der Zelloberfläche und halten zusammen an der Spitze ", sagte Tyska .

Wenn die Forscher die elektronenmikroskopischen Aufnahmen genau untersucht , fadenförmige Verbindungen Anschluss Mikrovilli an ihren Spitzen sahen sie . Einer ihrer Mitarbeiter abgebildet Darmgewebe und fand dieselben Links - ein " Netz von Verbindungen " zwischen der Mikrovilli , sagte Tyska .

"Wir waren von der Idee, dass physikalische Haftung zwischen Mikrovilli könnte die treibende Kraft für das Wachstum und dicht packen das Bürstensaum bieten erregt ", sagte Tyska .

Die Forscher vermuteten, dass Proteine ​​in der Cadherin- Familie - Kalzium-abhängige Adhäsionsmoleküle, die Zellen zusammenhalten lassen - könnte die Interaktion zwischen Mikrovilli zu vermitteln. Sie zuvor verwendet Proteomik Technologien auf alle Proteine, die in dem isolierten Bürstensaum definieren. Die Liste umfasste zwei Kandidaten für mikrovillären Spitze Haftung : protocadherin - 24 und mucinähnliche protocadherin .

In einer Reihe von Studien hat das Team gezeigt, dass diese beiden Cadherine eine Rolle bei der Mikrovilli kleben zusammen . Experimentelle Reduzierung der protocadherin -24 im Zellkulturmodell zerstört den Pinsel Grenze. Mikrovilli noch ausgebildet , aber sie können nicht dicht gepackt sind , und sie variable Längen haben.

"Es ist immer eine Frage , wie Mikrovilli erreichen diese bemerkenswert einheitliche Länge gewesen," sagte Tyska . "Jetzt sieht es aus wie die Lösung ist einfach - sie zusammen an der Spitze gebunden bekommen und man kann nicht über andere zu gelangen Es ist wirklich einfach. ".

In biochemischen Experimenten entdeckten die Forscher, dass die Cadherin -Molekülen interagiert mit zwei Proteine ​​im Inneren Mikrovilli - ein Motorprotein in die Zelle Zytoskeletts und einem Adapter -Protein namens Khaldera verbunden . Für die Lokalisierung der Cadherine den mikrovillären Tipps wurden diese Verbindungen erforderlich .

SinnesstrukturAnhörung beteiligt - Interessanterweise hatte Khaldera von anderen Forschern für ihre Rolle bei der Verknüpfung von Vorsprüngen auf der inneren Haarzelleuntersucht. Genetische Mutationen, deaktivieren Khaldera verursachen Usher-Syndrom , eine Form der vererbten Taubblindheit . Patienten mit Usher-Syndrom haben auch schlecht Darmerkrankungen aus.

Tyska und seine Kollegen festgestellt, dass Khaldera Mutationen könnten die Darm mikrovillären Spitze Adhäsionskomplexes stören und destabilisieren die Bürste Grenze. In einem Maus fehlt Khaldera , ein Modell des Usher -Krankheit , fanden sie schlecht geformte Bürstensaum in einigen Teilen des Darms und ohne Bürstensaum in anderen Bereichen.

"Wir denken , dass Patienten mit Usher -Krankheit haben wohl Probleme mit Bürstensaum Ultrastruktur , die verursacht werden Probleme mit der Homöostase und führt zu Darm-Beschwerden ", sagte Tyska .

" Nimmt man zunächst Elektronenmikroskopie Entdeckung , definieren die molekularen Mechanismen und dann beim Menschen eine Krankheit verbinden - das ist eine wissenschaftliche Hattrick ", sagte er .

Tyska und seine Kollegen untersuchen , ob eine ähnliche Haftkomplexführt die Montage der Bürstenenden Strukturen in anderen epithelialen Geweben , wie die Nieren .