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Wie sich Zellen bewegen und Schritte der Zellmigration

Zellbewegung ist eine notwendige Funktion in Organismen. Ohne die Fähigkeit, sich zu bewegen, könnten Zellen nicht wachsen und sich teilen oder in Bereiche wandern, in denen sie benötigt werden. Das Zytoskelett ist der Bestandteil der Zelle, der die Zellbewegung ermöglicht. Dieses Netzwerk von Fasern ist im gesamten Zytoplasma der Zelle verteiltund hält die Organellen an ihrem richtigen Ort. Zytoskelettfasern bewegen Zellen auch auf eine Art und Weise von einem Ort zum anderen, die dem Krabbeln ähnelt.

 

Warum bewegen sich Zellen?

Diese Fibroblastenzelle ist wichtig für die Wundheilung. Diese Bindegewebszelle wandert zu Verletzungsstellen, um die Gewebereparatur zu unterstützen. Rolf Ritter / Kulturwissenschaft / Getty Images

Zellbewegungen sind erforderlich, damit eine Reihe von Aktivitäten im Körper stattfinden können. Weiße Blutkörperchen wie Neutrophile und Makrophagen müssen schnell zu Infektions- oder Verletzungsstellen wandern, um Bakterien und andere Keime zu bekämpfen. Die Zellmotilität ist ein grundlegender Aspekt der Formerzeugung ( Morphogenese ) beim Aufbau von Geweben, Organen und der Bestimmung der Zellform. In Fällen von Wundverletzung und -reparatur müssen Bindegewebszellen zu einer Verletzungsstelle wandern, um beschädigtes Gewebe zu reparieren. Krebszellen können auch metastasieren oder sich von einem Ort zum anderen ausbreiten, indem sie sich durch Blutgefäße und Lymphgefäße bewegen . Im Zellzyklus ist Bewegung erforderlich, damit der Zellteilungsprozess der Zytokinese bei der Bildung von zwei Tochterzellen stattfindet .

 

Schritte der Zellbewegung

HeLa-Zellen, fluoreszenzlichtmikroskopische Aufnahme. Die Zellkerne enthalten das genetische Material Chromatin (rot). Die Proteine, aus denen das Zytoskelett der Zellen besteht, wurden mit verschiedenen Farben gefärbt: Aktin ist blau und Mikrotubuli sind gelb. DR. Torsten Wittmann / Wissenschaftliche Fotobibliothek / Getty Image

Die Zellmotilität wird durch die Aktivität der Zytoskelettfasern erreicht . Diese Fasern umfassen Mikrotubuli. Mikrofilamente oder Aktinfilamente und Zwischenfilamente. Mikrotubuli sind hohle stabförmige Fasern, die die Zellen unterstützen und formen. Aktinfilamente sind feste Stäbchen, die für Bewegung und Muskelkontraktion unerlässlich sind. Zwischenfilamente helfen, Mikrotubuli und Mikrofilamente zu stabilisieren, indem sie an Ort und Stelle gehalten werden. Während der Zellbewegung zerlegt das Zytoskelett Aktinfilamente und Mikrotubuli und setzt sie wieder zusammen. Die Energie, die zur Erzeugung von Bewegung benötigt wird, stammt aus Adenosintriphosphat (ATP). ATP ist ein hochenergetisches Molekül, das bei der Zellatmung produziert wird .

 

Schritte der Zellbewegung

Zelladhäsionsmoleküle auf Zelloberflächen halten Zellen an Ort und Stelle, um eine ungerichtete Migration zu verhindern. Adhäsionsmoleküle halten Zellen an andere Zellen, Zellen an die extrazelluläre Matrix (ECM) und die ECM an das Zytoskelett. Die extrazelluläre Matrix ist ein Netzwerk von Proteinen. Kohlenhydraten und Flüssigkeiten, die Zellen umgeben. Das ECM hilft, Zellen in Geweben zu positionieren, Kommunikationssignale zwischen Zellen zu transportieren und Zellen während der Zellmigration neu zu positionieren. Die Zellbewegung wird durch chemische oder physikalische Signale ausgelöst, die von Proteinen auf Zellmembranen erfasst werden . Sobald diese Signale erkannt und empfangen wurden, beginnt sich die Zelle zu bewegen. Die Zellbewegung besteht aus drei Phasen.

  • In der ersten Phase löst sich die Zelle an ihrer vorders
    ten Position von der extrazellulären Matrix und erstreckt sich nach vorne.
  • In der zweiten Phase bewegt sich der abgetrennte Teil der Zelle vorwärts und wird an einer neuen Vorwärtsposition wieder angebracht. Der hintere Teil der Zelle löst sich ebenfalls von der extrazellulären Matrix.
  • In der dritten Phase wird die Zelle vom Motorprotein Myosin an eine neue Position gezogen. Myosin nutzt die von ATP abgeleitete Energie, um sich entlang der Aktinfilamente zu bewegen, wodurch die Zytoskelettfasern aneinander entlang gleiten. Diese Aktion bewirkt, dass sich die gesamte Zelle vorwärts bewegt.

Die Zelle bewegt sich in Richtung des erfassten Signals. Wenn die Zelle auf ein chemisches Signal reagiert, bewegt sie sich in Richtung der höchsten Konzentration von Signalmolekülen. Diese Art der Bewegung ist als Chemotaxis bekannt .

 

Bewegung innerhalb von Zellen

Diese farbige rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (REM) zeigt eine weiße Blutkörperchen, die Krankheitserreger (rot) durch Phagozytose verschlingt. JUERGEN BERGER / Wissenschaftliche Fotobibliothek / Getty Image

Nicht jede Zellbewegung beinhaltet die Neupositionierung einer Zelle von einem Ort zum anderen. Bewegung tritt auch innerhalb von Zellen auf. Vesikeltransport, Organellenmigration und Chromosomenbewegung während der Mitose sind Beispiele für Arten der inneren Zellbewegung.

Beim Vesikeltransport bewegen sich Moleküle und andere Substanzen in eine Zelle hinein und aus dieser heraus. Diese Substanzen sind zum Transport in Vesikeln eingeschlossen. Endozytose, Pinozytose und Exozytose sind Beispiele für Vesikeltransportprozesse. Bei der Phagozytose werden eine Art von Endozytose, Fremdstoffen und unerwünschtem Material von weißen Blutkörperchen verschlungen und zerstört. Die Zielsubstanz wie ein Bakterium wird internalisiert, in ein Vesikel eingeschlossen und durch Enzyme abgebaut.

Organellenmigration und Chromosomenbewegung treten während der Zellteilung auf. Diese Bewegung stellt sicher, dass jede replizierte Zelle das geeignete Komplement an Chromosomen und Organellen erhält. Intrazelluläres Bewegung wird durch Motorproteine. die entlang Zytoskelett Fasern reisen. Während sich die Motorproteine ​​entlang von Mikrotubuli bewegen, tragen sie Organellen und Vesikel mit sich.

 

Zilien und Flagellen

Farbige rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (REM) von Zilien auf dem Epithel, das die Luftröhre (Luftröhre) auskleidet. DR. G. MOSCOSO / Wissenschaftliche Fotobibliothek / Getty Image

Einige Zellen besitzen zellanhangähnliche Vorsprünge, die als Zilien und Flagellen bezeichnet werden . Diese Zellstrukturen werden aus speziellen Gruppierungen von Mikrotubuli gebildet, die gegeneinander gleiten und es ihnen ermöglichen, sich zu bewegen und zu biegen. Zilien sind im Vergleich zu Flagellen viel kürzer und zahlreicher. Zilien bewegen sich in einer wellenartigen Bewegung. Flagellen sind länger und haben eher eine peitschenartige Bewegung. Zilien und Flagellen kommen sowohl in pflanzlichen als auch in tierischen Zellen vor .

Spermien sind Beispiele für Körperzellen mit einem einzigen Flagellum. Das Flagellum treibt die Samenzelle zur Befruchtung in Richtung der weiblichen Eizelle. Zilien finden sich in Bereichen des Körpers wie der Lunge und den Atemwegen. Teilen des Verdauungstrakts sowie im weiblichen Fortpflanzungstrakt. Die Zilien erstrecken sich vom Epithel, das das Lumen dieser Körpersysteme auskleidet. Diese haarartigen Fäden bewegen sich in einer geschwungenen Bewegung, um den Fluss von Zellen oder Ablagerungen zu lenken. Zum Beispiel helfen Zilien in den Atemwegen, Schleim, Pollen. Staub und andere Substanzen aus der Lunge zu entfernen.

Quellen:

  • Lodish H., Berk A., Zipursky SL, et al. Molekulare Zellbiologie. 4. Auflage. New York: WH Freeman; 2000. Kapitel 18, Zellmotilität und Form I: Mikrofilamente. Verfügbar unter: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21530/
  • Ananthakrishnan R, Ehrlicher A. Die Kräfte hinter der Zellbewegung. Int J Biol Sci 2007; 3 (5): 303 & ndash; 317. doi:
    10.7150 / ijbs.3.303. Verfügbar unter http://www.ijbs.com/v03p0303.htm

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