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Artikel und Hintergründe zum Thema

Protein wirkt wie ein Reißverschluss

Wie Zellen neue Blutgefäße bilden

Ein Ankerprotein schließt den Spalt zur Nachbarzelle bei der Blutgefäßbildung: Das haben Schweizer Forscher herausgefunden. Am durchsichtigen Embryo des Zebrafisches konnten sie die Entwicklungsschritte der Blutgefäße live beobachten.

Blutgefäßsystem in einem zwei Tage alten Zebrafischembryo (magenta: Endothelzellen, hellblau: Blutzellen). © Universität Basel, Biozentrum

Die Blutgefäßbildung beruht auf der Fähigkeit der Gefäßzellen, sich zu bewegen und dabei trotzdem fest miteinander verbunden zu bleiben. Dadurch können die Gefäße wachsen und sich verzweigen, ohne dass Blut austritt. In «Nature Communications» beschreiben Wissenschaftler vom Biozentrum der Universität Basel, wie dies vonstattengeht: Das Zellskelett schiebt die Zelle zunächst ein Stück vorwärts und danach schließt ein Ankerprotein wie ein Reißverschluss den Spalt zur Nachbarzelle.

Die Blutgefäße bilden ein weit verzweigtes Versorgungsnetzwerk, das unseren Körper von Kopf bis Fuß durchzieht. Sie sind die Leitungsbahnen für Blutzellen und transportieren Sauerstoff und Nährstoffe in jedes einzelne Organ. Im Embryo entstehen die Blutgefäße an vielen verschiedenen Orten gleichzeitig, verbinden sich miteinander und formen so ein komplexes Netzwerk. Das Gefäßwachstum geht dabei von sogenannten Endothelzellen aus. Diese können als Gruppe aus einem Gefäß auswandern und neue Röhren, die Kapillaren, bilden.

Das Team von Prof. Markus Affolter vom Biozentrum der Universität Basel verwendet den Zebrafisch als Modellorganismus, um die Entstehung von Blutgefäßen zu untersuchen. In ihrer aktuellen Studie zeigen die Wissenschaftler nun, dass sich die Endothelzellen bewegen können ohne sich dabei loszulassen. Wären die Zellen dazu nicht in der Lage, würde es bei der Gefäßbildung zu Einblutungen ins umliegende Gewebe kommen.

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Endothelzellen organisieren sich ständig um bei der Gefäßbildung
Der durchsichtige Embryo des Zebrafisches erlaubt den Forschern, die Entwicklungsschritte der Blutgefäße live im lebenden Organismus zu beobachten. So zeigen hochaufgelöste Zeitraffer-Aufnahmen, dass sich die Endothelzellen aufeinander zubewegen um eine Kapillare zu formen und dass sie sich in den noch jungen Gefäßen kontinuierlich umorganisieren. Diesen Prozess hat sich Dr. Heinz-Georg Belting, Leiter der Studie, genauer angeschaut.

Migration und Verknüpfung von Gefäßzellen
Bei der Umlagerung der Endothelzellen im entstehenden Gefäß ist es wichtig, dass sich die Zellen verlängern und beim Fortbewegen die Verbindung zur Nachbarzelle ständig aufrechterhalten. Dies gelingt mithilfe des Zellskeletts sowie dem Ankerprotein VE-Cadherin. «Diese beiden Spieler müssen bei der Zellmigration eng zusammenarbeiten», sagt Belting. «Das Zytoskelett macht dabei den ersten Schritt, es sorgt dafür, dass sich die Zellen verlängern. Anschliessend verankert VE-Cadherin den vorgestülpten Zellsaum mit der Nachbarzelle. Ein weiteres Protein stabilisiert am Ende die Verankerung. Dieser Vorgang läuft wieder und wieder ab und so kriecht die Zelle langsam voran.» Im Prinzip funktioniert das Ganze wie ein Reißverschluss, sobald sich die Zelle ein Stück vorwärtsgeschoben hat, schließt sich der Spalt zur benachbarten Endothelzelle.

Plastizität gewährleistet Wachstum und Anpassung
Dass die Endothelzellen während der Blutgefäßentwicklung so beweglich zueinander und dennoch immer fest miteinander verbunden sind, gewährleistet die Plastizität des Gefässes unter Beibehaltung der Stabilität. «Die Eigenschaft der Endothelzellen, sich gegenseitig zu erkennen, zu wandern und sich miteinander zu verknüpfen, erlaubt ein unbeschadetes Wachstum. Zudem können sich die Blutgefäße dadurch an unterschiedliche Bedingungen, wie zum Beispiel Blutdruckschwankungen anpassen», so Belting «Diese Flexibilität spielt ebenfalls eine Rolle bei der Wundheilung, bei Entzündungen und der Immunabwehr.»

Publikation: Ilkka Paatero, Loïc Sauteur, Minkyoung Lee, Anne K. Lagendijk, Daniel Heutschi, Cora Wiesner, Camilo Gúzman, Dimitri Bieli, Benjamin M. Hogan, Markus Affolter & Heinz-Georg Belting Junction-based lamellipodia drive endothelial cell rearrangements in vivo via a VE-cadherin-F-actin based oscillatory cell-cell interaction; Nature Communications (2018), doi: 10.1038/s41467-018-05851-9

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