Konfokales Laser Scanning-Mikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Tight Junction (TJ) verbindet benachbarte epitheliale oder endotheliale Zellen und ist somit ein zentrales Element der Barrierefunktion, indem sie die parazelluläre Passage von Soluten und Wasser reguliert. Ob die TJ dabei lediglich abdichtet oder auch gezielt Permeabilität vermittelt, variiert in verschiedenen Geweben stark und wird durch die TJ-Proteinzusammensetzung bestimmt. TJs werden durch zahlreiche extra- und intrazelluläre Signale gesteuert, regulieren jedoch auch ihrerseits epitheliale Funktionen und zelluläre Differenzierung. Zudem dienen zahlreiche TJ-Proteine bestimmten Erregern als Rezeptor. Dementsprechend sind TJ-Proteine an der Pathogenese zahlreicher Krankheiten beteiligt. Veränderungen der TJ Zusammensetzung und Architektur rufen z.B. unerwünschten Leckfluss oder Antigen-Durchtritt hervor und können auf diese Weise Krankheitsprozesse unterhalten oder sogar direkt Krankheiten auslösen. Die gewebespezifische Funktion der TJ wird in hohem Maße davon bestimmt, in welchem Ausmaß die verschiedenen TJ Proteine junktional oder extrajunktional lokalisiert sind. Daher ist die dreidimensionale mikroskopische Analyse der subzellulären Verteilung der TJ-Proteine von entscheidender Bedeutung. Für die entsprechenden, fluoreszenzbasierten Multikanal-Kolokalisations-Analysen (sowohl für fixierte als auch von lebenden Zellen) ist ein hochauflösendes und sensitives konfokales Mikroskop (LSM) das Gerät der Wahl. Dementsprechend kam das LSM in einer Vielzahl zellbiologischer Untersuchungen zum Einsatz und hat dadurch u.a. dazu beigetragen, im Rahmen Drittmittel-geförderter Projekte folgendes zu zeigen: Die Mosaik Expression von Claudinen im dicken aufsteigenden Ast der Henle Schleife bewirkt eine räumliche Trennung des parazellulären Na+- und Mg2+-Transports. Clostridium perfringens Enterotoxin verursacht fokale Schädigungen im Kolonepithel durch Verwendung von Claudinen als Rezeptoren, die durch Tight Junction-Umordnung apikal zugänglich werden. Claudin-5-bindende Varianten der Claudinbindungs-Domäne des Clostridium perfringens Enterotoxins ermöglichen eine reversible Öffnung der Bluthirnschranke zur Verbesserung der Wirkstoffaufnahme. Tricellulin wird über den Interleukin-13-receptor α2 reguliert, beeinflusst die Aufnahme von Makromolekülen und ist bei Colitis ulcerosa vermindert. Mit Angubindin-1 wurde ein neuartiger parazellulärer Absorptionsverstärker entwickelt, der an der trizellulären Tight Junction wirkt. Polare und geladene extrazelluläre Reste, die zwischen abdichtenden Claudinen konserviert sind, tragen zur Bildung von Tight Junction-Strängen bei. Molekulare Aspekte der Anionen-Selektivität von Claudin-17 wurden identifiziert. Das T-Zell Repertoire von refraktärer Zöliakie wurde charakterisiert. Eine neuartige Methode zur Visualisierung der parazellulären Passage von Makromolekülen in epithelialen Zellschichten wurde entwickelt. Die Aufnahme von analgetische Wirkstoffen konnte über eine Öffnung der Blut-Nervenschranke erzielt werden, die durch den recombinant tissue plasminogen activator und mRNA-183 hervorgerufen wurde. Darüber hinaus konnten mittels des Laserscanning-Mikroskops auch Protein-Protein-Interaktions-Assays in einer nativen, zellulären Umgebung durchgeführt werden. Mittels Förster-Resonanz-Energietransfers (FRET) wurde gezeigt, dass: Unterschiedliche Proteinsegmente von Claudin-10 an der Bildung von Tight Junction-Strängen beteiligt sind. Die Mutation Asn48Lys im humanen Claudin-10b dessen Assemblierung und Kanalfunktion verändert, wodurch Anhidrosis und Nierenschädigungen verursacht werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2016) A novel method for imaging sites of paracellular passage of macromolecules in epithelial sheets. J. Contr. Release 229: 70-79
Richter JF, Schmauder R, Krug SM, Gebert A, Schumann M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2016.03.018) - (2016) Molecular basis of claudin-17 anion selectivity. Cell. Mol. Life Sci. 73(1): 185-200
Conrad MP, Piontek J, Günzel D, Fromm M, Krug SM
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00018-015-1987-y) - (2016) Yersinia enterocolitica affects intestinal barrier function in the colon. J. Infect. Dis. 213(7): 1157-1162
Hering NA, Fromm A, Kikhney J, Lee IM, Moter A, Schulzke JD, Bücker R
(Siehe online unter https://doi.org/10.1093/infdis/jiv571) - (2017) Altered paracellular cation permeability due to a rare CLDN10B variant causes anhidrosis and kidney damage. Plos Genet. 13(7): e1006897 (pages 1-22 + 6 Supplements
Klar J, Piontek J, Milatz S, Tariq M, Jameel M, Breiderhoff T, Schuster J, Fatima A, Asif M, Sher M, Mäbert K, Fromm A, Baig SM, Günzel D, Dahl N
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1006897) - (2017) Angubindin-1, a novel paracellular absorption enhancer acting at the tricellular tight junction. J. Contr. Release 260: 1-11
Krug SM, Hayaishi T, Iguchi D, Watari A, Takahashi A, Fromm M, Nagahama M, Takeda H, Okada Y, Sawasaki T, Doi T, Yagi K, Kondoh M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2017.05.024) - (2017) Mosaic expression of claudins in thick ascending limbs of Henle results in spatial separation of paracellular Na+ and Mg2+ transport. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114(2): E219-E227
Milatz S, Himmerkus N, Wulfmeyer VC, Drewell H, Mutig K, Hou J, Breiderhoff T, Müller D, Fromm M, Bleich M, Günzel D
(Siehe online unter https://doi.org/10.1073/pnas.1611684114) - (2017) Tricellulin is regulated via interleukin- 13-receptor α2, affects macromolecule uptake, and is decreased in ulcerative colitis. Mucosal Immunol. Jun 14
Krug SM, Bojarski C, Fromm A, Lee IM, Dames P, Richter JF, Turner JR, Fromm M, Schulzke JD
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/mi.2017.52) - (2018) In colon epithelia, Clostridium perfringens enterotoxin causes focal leaks by targeting claudins which are apically accessible due to tight junction derangement. J. Infect. Dis. 217(1): 147-157
Eichner M, Augustin C, Fromm A, Piontek A, Walther W, Bücker R, Fromm M, Krause G, Schulzke JD, Günzel D, Piontek J
(Siehe online unter https://doi.org/10.1093/infdis/jix485) - (2018) Reversible opening of the blood-brain barrier by claudin-5-binding variants of Clostridium perfringens enterotoxin's claudin-binding domain. Biomaterials 161: 129-143
Neuhaus W, Piontek A, Protze J, Eichner M, Mahringer A, Subileau EA, Lee IM, Schulzke JD, Krause G, Piontek J
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2018.01.028) - (2018) T-cell repertoires in refractory celiac disease. Gut 67(4): 644-653
Ritter J, Zimmermann K, Jöhrens K, Mende S, Seegebarth A, Siegmund B, Hennig S, Todorova K, Rosenwald A, Daum S, Hummel M, Schumann M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1136/gutjnl-2016-311816)
