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Damit unser Körper richtig funktioniert, müssen sich

seine Billionen von Zellen untereinander verständigen

können. Dabei nutzen sie ganz unterschiedliche

Formen des Informationsaustauschs. Einige produzieren

Hormone, die über das Blut zu ihrem Ziel gelangen, ande-

re schütten Neurotransmitter aus, um Sig nale von einem

Neuron zum nächsten zu leiten. Daneben haben aber

praktisch alle Zellen einen weiteren Kommunika tionsweg

gemeinsam: Sie sind mit ihren Nachbarn über Kanäle

verknüpft, die das Innere beider Partner in direkten Kon-

takt miteinander bringen.

Eine eindrucksvolle Demonstration dieser Form der

Zell-Zell-Kommunikation gelang Mitte der 1960er Jahre,

als Forscher fluoreszierende Farbstoffmoleküle in eine

einzelne Zelle inmitten eines dicht gepackten Zellhaufens

injizierten. Durchs Mikroskop sahen sie, wie sich die

Fluoreszenz rasch von einer Zelle auf die nächste ausbrei-

tete, bis mitunter Hunderte davon leuchteten. Zellen

mussten also über Kanäle verfügen, durch die Moleküle

von Zelle zu Zelle wandern können.

AUF EINEN BLICK

ZELLGEFLÜSTER

1

Über Gap Junctions tauschen Nachbarzellen Infor-

mationen aus – Voraussetzung für viele Funktionen,

darunter etwa das synchronisierte Schlagen der

Herzzellen ebenso wie unsere Fähigkeit zu hören.

2

Gap Junctions, oft aus mehr als 100 000 Proteinen,

werden kontinuierlich ab- und aufgebaut. Die sorgfäl-

tig gesteuerte Umstrukturierung ermöglicht es Zellen,

rasch auf Verletzungen oder Stress zu reagieren.

3

Mutationen in den Genen, die für Gap-Junction-Proteine

kodieren, führen beim Menschen unter anderem zu

Haut- und Herzkrankheiten, Epilepsie und Schwerhö-

rigkeit.

Dale W. Laird (links) ist

Professor für Zellbiologie

an der University of Western

Ontario. Paul D. Lampe

(daneben) forscht am Fred

Hutchinson Krebsfor-

schungszentrum in Seattle.

Ross G. Johnson (unten) ist

emeritierter Professor für Genetik, Zellbiolo-

gie und Entwick lung an der University of Min-

ne sota. Er begann bereits in den 1960er Jahren

mit der Erforschung von Gap Junctions und be-

schäftigte sich gemeinsam mit Laird und Lampe

mehr als 20 Jahre lang mit ihrem Aufbau und

ihrer Regulation.

 spektrum.de/artikel/1372763

Inzwischen wissen Biologen, dass diese Kanäle in den

Geweben aller Tiere einschließlich des Menschen vor-

kommen und an außerordentlich vielfältigen Funktionen

beteiligt sind. Die Kanäle gruppieren sich dabei zu so

genannten Gap Junctions, die bei der Synchronisation des

rhythmischen Zusammenziehens der Herzmuskelzellen

ebenso mitwirken wie bei den Uteruskontraktionen wäh-

rend der Geburt. Gap Junctions ermöglichen es dem

Auge, sich an unterschied liche Lichtverhältnisse anzu-

passen, und spielen sogar bei der Organbildung während

der embryonalen Entwicklung eine Rolle.

In den letzten beiden Jahrzehnten haben Wissenschaft-

ler herausgefunden, dass Fehler beim Zusammenbau

oder bei der Aktivität von Gap Junctions zu einer Reihe

von Erkrankungen beitragen: Taubheit, Katarakten, Haut-

problemen, neurologischen Erkrankungen, Herzkrank-

heiten und sogar Krebs. So ist eine einzelne Mutation in

einem Proteinbestandteil einer Gap Junction im Innen-

ohr bei bis zu 40 Prozent aller Personen mit erblicher Taub-

heit für den Hörverlust verantwortlich. Und es werden

laufend weitere Krankheiten entdeckt, die auf fehlerhaften

Gap Junctions beruhen, wie etwa erst kürzlich ein be-

stimmter Epilepsietyp, der bei Kindern auftritt. Aktuelle

Studien liefern nun spannende neue Einblicke in den

Aufbau von Gap Junctions und beginnen aufzudecken,

wie ihre Störung zu Krankheiten führen kann.

Bei den ersten Experimenten mit Farbstoffinjektionen

dachten die Wissenschaftler noch nicht so sehr an die mög-

liche medizinische Bedeutung. In den 1960er und 1970er

Jahren lag der Fokus darauf, weitere Nachweise für diese

rätselhafte nachbarschaftliche Kommunikation zwischen

Zellen zu finden und mehr über deren Eigenschaften zu

lernen. Bevor man Gap Junctions als solche entdeckte, hat-

ten Physiologen bereits bei einer Vielzahl von Organen

und Organismen einen direkten zellulären Austausch von

Molekülen nach gewiesen – von Tintenfischembryonen

und elektrischen Fischen bis hin zu Säuge tieren.

Ende der 1960er Jahre wollten die Forscher dann ge-

nauer herausfinden, wie die Kanäle aussehen und wie

sie entstehen. Frühere mikroskopische Untersuchungen

hatten große flache Bereiche gezeigt, an denen die Mem-

branen zweier benachbarter Zellen dicht beieinanderliegen.

An diesen Kontaktstellen (englisch: junctions) schienen die

Zellen nur durch einen sehr schmalen, wenige Nanometer

breiten Spalt (englisch: gap) voneinander getrennt zu sein,

was zu der Bezeichnung »Gap Junction« führte.

Wie Gap Junctions entstehen

Welche Rolle spielen diese flachen Membranstellen bei

der zellulären Verbindung, die man in den Farbstoff- und

elektrischen Experimenten beobachten konnte? Um das

zu klären, begann einer von uns (Johnson) zu untersuchen,

was passiert, wenn solche Kontaktstellen entstehen. Ge-

meinsam mit seinen Kollegen an der University of Min-

nesota trennte er aus einem Lebertumor stammende

kultivierte Zellen vorsichtig voneinander und vermischte

sie dann wieder. Innerhalb von Minuten entstanden auf

den Zellmembranen abgeflachte Stellen – aber nur dort,

wo sich zwei Zellen berührten. Diese Beobachtung bestä-