Institut für Anatomie der Medizinischen Fakultät der
Humboldt-Universität zu Berlin

Habilitationsschrift

Zur Bedeutung von Zytoskelett-Membran-Verbindungen für die gerichtete HCl-Sekretion von Parietalzellen

Zur Erlangung der Lehrbefähigung
für das Fach Anatomie und Zellbiologie

Vorgelegt der Medizinischen Fakultät Charité der Humbodt-Universität zu Berlin

Von Dr. Thomas Jöns
Aus Husum

Dekan: Prof. Dr.Dr.h.c. R. Felix

Gutachter:
1. N.N.
2. N.N.

Datum der Habilitation: 10. April 2001

Zusammenfassung

Die in der vorliegenden Habilitationsschrift zusammengefaßten Publikationen stellen Untersuchungen zu zwei Themenschwerpunkten dar:

1. Verankerungsmechanismen von Membranproteinen der basolateralen und der apikalen Plasmamembrandomäne der Parietalzellen mit dem Membranzytoske­lett und

2. die regulierte Fusion von zytoplasmatischen Vesikeln mit der apikalen Plasmamembran dieser Zellen.

Die struktu­rell und molekular sehr unterschiedlich gestaltete apikale und basolaterale Mem­brandomäne der Parietalzellen sollte funktionell charakterisiert und die Mechanismen der Membranumbauvorgänge aufgeklärt werden, die nach Aktivierung der Zellen im apikalen Membrankompartiment ablaufen.

Für die strukturelle Stabilität der basolateralen Domäne spielt wahrscheinlich die Verankerung von AE2 über das Verknüpfungsprotein Ankyrin mit dem Membran­zytoskelett eine wichtige Rolle.

Die apikale Membrandomäne der Parietalzellen kann in drei Kompartimente un­terteilt werden. Die freie apikale Membran, die canalikuläre Membran und die Membranen der tubulären Vesikel.

Entlang der freien apikalen und der canaliculären Plasmamembran kommen wie auf der basolateralen Seite die Zytoskelett-Proteine Actin und Spectrin vor. Nach unseren Untersuchungen könnte es während der Sekretionsphase zu einer temporären Verbindung von H+,K+-ATPase Molekülen mit dem Membranzytoskelett kommen. Diese Verbindung wird wahrscheinlich durch das Verknüpfungspro­tein Ezrin vermittelt.

Der Mechanismus des Fusionsvorgangs der tubulären Vesikel mit der canali­culären Membran war bisher nicht bekannt. In Parietalzellen konnten die neurona­len SNARE-Proteine Synaptobrevin 2, Syntaxin 1 und SNAP25 sowie das zur Familie der kleinen G-Proteine gehörende Protein Rab3A und die Regulatorproteine NSF und alpha/beta SNAP nachgewiesen werden. Das in Parietalzellen gefundene Verteilungsmuster der SNARE-Proteine ent­spricht nicht der klassischen Vorstellung einer heterotypischen Membranfu­sion, vielmehr entspricht diese Verteilung einer homotypischen Fusion, wie sie für Vakuolen in Hefezellen beschrieben wurde.

Die Bedeutung der SNARE-Proteine für die Fusion der tubulären Vesikel mit der canaliculären Membran und damit für die Steigerung der HCl-Sekretion konnte durch Inkubation der Zellen mit Tetanus Neu­rotoxin (TeNt) gezeigt werden. Die Behandlung der Parietalzellen mit TeNt führte zum vollständigen Ausbleiben der, nach Stimulation mit cAMP bei Kontrollzellen beobachteten Erhöhung, der Säuresekretion

Summary

The publications summarized here cover two topics:

1. the anchorage mechanism of membrane proteins of the basolateral and the apical plasma membrane with the membrane cytoskeleton of parietal cells

and

2. the regulated fusion of cytoplasmic vesicles with the apical plasma membrane of these cells.

It was the aim of these studies to characterize the structural and molecular differences between the apical and basolateral membrane domains in parietal cells. Moreover the mechanisms involved in membrane traffic within the apical membrane compartment following stimulation were investigated.

We found that anchorage of AE2 with the membrane cytoskeleton through the linkage protein ankyrin seems to be important for the stability of the basolateral membrane.

The apical membrane domain of parietal cells can be subdivided into three compartments. The free apical membrane, the canalicular membrane and the tubulovesicular membrane.

The cytoskeletal proteins spectrin and actin can be found at the basolateral, the free apical and the canalicular membrane. We have shown that the H+K+-ATPase molecules appear to be temporary linked to the membrane cytoskeleton during acid-secretion. This contact is most likely mediated by the linker-protein ezrin.

Until now the mechanism of fusion of the tubulovesicles with the canalicular membrane was unknown. In parietal cells the neuronal SNARE-proteins synaptobrevin 2, Syntaxin 1, SNAP25, the small G-protein rab3A, and the regulatory proteins NSF and alpha/beta-SNAP were detected. The subcellular distribution of these proteins does not support the notion of a neuron-like heterotypic fusion. Instead it shows similarity with the homotypic fusion process of vacuoles in yeast.

The importance of SNARE-proteins for the fusion of tubulovesicles with the canalicular membrane and, by consequence also for the increase of acid-secretion was shown by incubation of the cells with tetanus neurotoxin (TeNt). The measurable increase of acid secretion by parietal cells after stimulation with c-AMP was inhibited completely through an incubation with TeNt.

Eigene Schlagworte: Parietalzellen, Polarität, Membranzytoskelett, SNARE-Proteine, AE2, Ankyrin, Ezrin

Keywords: Parietal cells, polarity, membrane cytoskeleton, SNARE-proteins, AE2, ankyrin, ezrin

Inhaltsverzeichnis

Tabellen

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11.01.2005