Exozytose

Ein fundamentaler, lebensnotwendiger Bestandteil zellulärer Kommunikation ist die regulierte Freisetzung (Exozytose) vesikulären Inhalts in den extrazellulären Raum. Die Sekretion von Neurotransmittern, Enzym- , Hormon- oder Gerinnungsfaktorenen ist ein regulierter, zellulärer Prozeß vieler Zellen. Während der Exozytose kommt es zu einer gerichteten Wanderung intrazellulär gelegener Vesikel zu Prädilektionsstellen der Plasmamembran. Der Vesikel bindet ("docking") und fusioniert ("fusion") mit der Plasmamembran der Zelle und sezerniert dabei seinen Inhalt in das umgebende Medium (z.B. ins Blut). Dabei verdrillen sich sogenannte Fusionsproteine der Vesikel und Plasmamembran miteinander. Dadurch kommt es zur Verschmelzung beider Membranen und der Inhaltsstoff kann die Zelle verlassen. Untersuchungen an neuronalen Zellen zeigen, daß der entscheidende Schritt der Membranfusion durch die Interaktion drei verschiedener Proteine vermittelt wird. Dabei verbindet sich ein vesikuläres transmembranöses Protein, das Synaptobrevin, mit zwei plasmamembranständigen Proteinen, dem Syntaxin und dem SNAP-25, zu einem stabilen, energetisch günstigeren ternären Komplex In unserer Arbeitsgruppe arbeiten wir an der Charakterisierung dieser Fusionsproteine in Epithel- (z.B. Alveolarzellen Typ II), Endothelzellen (z.B. HUVEC) und Krebszellen. Weiterhin versuchen wir mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie (Atomic Force Microscope, AFM) und der Konfokalen Laser Scanning Mikroskopie die Morphodynamik der Vesikelbewegung, der Vesikelfusion und letztlich die Exozytose an lebenden Zellen darzustellen. An lebenden exokrinen Pankreaszellen konnten wir bereits das Auftreten von Fusionsporen nach Stimulation zeigen.

Beteiligte Wissenschaftler:

Dr. Stefan W. Schneider, PD. Dr. Josef Storck, Prof. Dr. Reinhardt Jahn (MPI Göttingen), Dr. Rainer Ossig (MPI Göttingen), Prof. Dr. John Geibel (Yale University, New Haven), Prof. Dr. Bhanu Jena (Yale University, New Haven), PD. Dr. Manfred Radmacher (München), Dr. Ines Eue (Münster), Prof. Dr. Clemens Sorg (Münster), PD. Dr. Albrecht Schwab (Würzburg), Marianne Wilhelmi, Helga Bertram

Veröffentlichungen:

Schneider, W.S., C.K. Sritharan, J.P. Geibel, H. Oberleithner, B.P. Jena: Surface dynamics in living acinar cells imaged by atomic force microscopy: Identification of plasma membrane structures involved in exocytosis, Proc Natl Acad Sci USA 94: 316-321, 1997

Jena, B.P., W.S. Schneider, P. John, J.P. Geibel, Webster, H. Oberleithner, Kumudesh C. Sritharan: Heterotrimeric G-protein(s) regulate secretory vesicle swelling: Studies using confocal and atomic force microscopy, Proc Natl Acad Sci USA 94: 13317-13322, November 1997

Schneider, S.W., Y. Yoshiko, E. Bauer, B. Sumpio, B.P. Jena, J.P. Geibel, H. Oberleithner: Rapid aldosterone-induced cell volume increase of endothelial cells measured by the atomic force microscope, Cell Biol Int (1997) 21: 759-768