Zellmigration

Die Zellmigration ist der Prozess in dem sich Zellen von einem Ort zum anderen bewegen und ist wesentlicher Bestandteil für die richtige Entwicklung und Lebensfähigkeit von Organismen während ihres gesamten Lebens. Wenn Zellen nicht in der Lage sind sich an ihre vorbestimmten Orte zu bewegen, können verschiedene Krankheiten auftreten. Zum Beispiel verursacht eine Störung in der Zellmigration chronische Entzündungskrankheiten wie Arthritis.

Der allgemeine Mechanismus

Im Allgemeinen beginnt die zelluläre Migration, wenn eine Zelle, z.B. ein Fibroblast, auf ein externes polarisierendes chemisches Signal reagiert. Infolgedessen dehnt sich ein Ende als Fortsatz aus, der so genannte Leitsaum. Dieser heftet sich an Substrate in seiner Mikroumgebung durch sekretierte klebende Stoffe. Das Hinterende der Zelle, die Rückseite der Zelle sozusagen, haftet ebenfalls an Substraten, um die Zelle zu fixieren. Nach der Adhäsion wird die Zelle durch eine Reihe von Kontraktionen, die durch verschiedene Motilitätsstrukturen des Zytoskeletts erzeugt werden, zu ihrem Zielort befördert. Dann wird die Haftung des Hinterendes der Zelle gelöst. Diese Schritte werden zyklisch wiederholt, bis der Fibroblast sein Ziel erreicht hat.

Polarisierung

Es gibt eine Vielfalt an verschiedenen Arten von Signalmolekülen, die die Zellmigration einleiten. Sie verursachen zwei Arten von Reaktionen: eine chemokinetische und eine chemotaktische. Die Chemokinese bezieht sich auf die auftretende Bewegung, wenn Signalmoleküle entweder symmetrisch oder asymmetrisch die Zellmigration stimulieren, ohne dabei die Richtung der resultierenden Bewegung zu diktieren. Die Chemotaxis bezieht sich auf eine Bewegung, bei der ein Gradient von löslichen (chemotaktischen) oder substratgebundenen (haptotaktischen) Signalmolekülen die Richtung der Zellbewegung bestimmt.

Membranrezeptoren wie G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR) und Rezeptor-Tyrosinkinasen (RTK) erkennen externe Signalmoleküle und verursachen eine Anreicherung von Phosphatidylinositol (3,4,5)-Triphosphat (PIP₃) an dem Leitsaum. Die Anhäufung von PIP₃ führt dann zur Aktivierung von kleinen, Ras-ähnlichen Proteinen der Rho-Familie namens Rac, Cdc42 und Rho. Rac und/oder Cdc42 lösen an dem Leitsaum Veränderungen des Zytoskeletts aus, wie z.B. die Aktin-Polymerisation, während Rho an dem Hinterende Aktin-Myosin-Kontraktionen verursacht. Als Ergebnis der Polymerisation des Aktins werden an dem Leitsaum Fortsätze gebildet.

Arten der Fortsätze

Aktin dient als physisches Gerüst für diese Fortsätze. Folglich variiert die Form der Fortsätze je nach der Art und Weise, wie das Aktin zusammengesetzt ist. Zwei häufig untersuchte Arten von Fortsätzen sind Lamellipodien und Filopodien. Lamellipodien sind breite, flächige Fortsätze, die ein verzweigtes Netzwerk aus dünnen, kurzen Aktinfilamenten enthalten. Wenn sich die Lamellipodien vom Substrat ablösen und nach hinten bewegen, kommt es zu einer deutlich ausgeprägten ‘Zick-Zack’-förmigen Bewegung. Lamellipodienforsätze können in Zellen wie Fibroblasten, Immunzellen und Neuronen gefunden werden. Filopodien sind fadenförmige Ausstülpungen, die von der Zellmembranen ausgehen. Sie werden oft in Zellen wie Neuronen beobachtet, die während der Migration mit Lamellipodien zusammenarbeiten.