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tigte eine Vermutung, der zufolge der Aufbau einer Gap

Junction ein Gemeinschaftsprojekt ist, das die Zusammen-

arbeit benachbarter Zellen erfordert. Mit der Größe dieser

Kontaktstellen nahm auch der elektrische Strom zwischen

diesen Zellen zu; sie schienen also den Ionenaustausch zu

erleichtern.

Um sich das näher anzusehen, entfernten Johnson und

sein Team die Membranen der miteinander verbundenen

Zellen und entdeckten dadurch Partikel, die sich innerhalb

der abgeflachten Stellen angesammelt hatten. Wie sich

später herausstellte, handelte es sich dabei um genau die

Kanäle, aus denen sich die Gap Junctions zusammenset-

zen (siehe »Auf- und Abbau von Gap Junctions«, S. 64/65).

Jeder Kanal besteht seinerseits aus so genannten Conne-

xinen: Molekülen, die zu einer Ende der 1980er Jahre

entdeckten Proteinfamilie gehören.

Sechs Connexine bilden gemeinsam eine donutförmige

Struktur in der Außenmembran einer Zelle, die als Conne-

xon oder Hemikanal (Halbkanal) bezeichnet wird. Diese

kann mit dem entsprechenden Gegenstück einer benach-

barten Zelle einen gemeinsamen Kanal herstellen – eine

Pore, über die das Zytoplasma der einen Zelle direkt mit

dem ihrer Nachbarin kommuniziert. Eine große Gap Junc-

tion kann durchaus 10 000 solcher Kanäle enthalten. Da

jede Pore aus zwei Halbkanälen besteht, macht das insge-

samt 120 000 Connexine pro Verbindung. Allein das Herz

umfasst Milliarden von Zellen, von denen jede einzelne mit

mehreren Nachbarzellen über Gap Junctions kommuni-

ziert. Diese vielen Konglomerate zu produzieren, stellt den

Körper also vor eine Mammutaufgabe.

Umso bemerkenswerter ist es, dass die Kontaktstellen

keineswegs dauerhaft oder auch nur langlebig sind,

sondern kontinuierlich auseinander- und wieder zusam-

mengebaut werden. So ersetzt unser Körper durchschnitt-

lich alle zwei Stunden die Hälfte der Connexine einer Gap

Junction im Herzen. Im Lauf eines Tages wird also höchst-

wahrscheinlich jede einzelne derartige Verbindung in

einem menschlichen Herzen abgebaut, und neu zusam-

mengebaute Kanäle treten an ihre Stelle.

Angesichts der Komplexität dieser außergewöhnlichen

Strukturen muss es wohl Systeme geben, die sicherstel-

len, dass ihr Aufbau reibungslos verläuft, damit die Zell-

Zell-Kommunikation nicht unterbrochen wird. Wir drei

haben uns zusammengetan, um diese regulatorischen

Mechanismen zu erforschen. Insbesondere interessiert

uns, wie Auf- und Abbau der Kommunikationskanäle

gesteuert werden.

Bei einem Kaffee auf einer Tagung zu Gap Junctions

heckten wir 1991 den genauen Plan unserer zukünftigen

Kollaboration aus. Paul Lampe war damals als Postdoc in

Ross Johnsons Labor an der University of Minnesota, wo

man gerade begann, sich schwerpunktmäßig mit der

Regulation des Aufbaus von Gap Junctions zu beschäfti-

gen. Dale Laird als letztes Mitglied unseres Trios hatte als

Postdoc in Jean-Paul Revels Labor am California Institute

of Technology eine Reihe von Antikörpermolekülen kon-

struiert, die spezifisch an Connexin-Proteine binden. Diese

molekularen Werkzeuge würden uns ermöglichen heraus-

zufinden, welche Bereiche der Connexine für die Bildung

und Aktivität der Gap Junctions von Bedeutung sind.

Lairds Antikörper erkannten ein bestimmtes Connexin-

Molekül, das Cx43. Beim Menschen finden sich 21 ver-

schiedene dieser Proteine, und jeder Zelltyp stellt sein

eigenes charakteristisches Sortiment davon her. Hautzel-

len beispielsweise bilden bis zu neun verschiedene Conne-

xine. Beim Cx43 handelt es sich um das am weitesten

verbreitete Mitglied der Proteinfamilie. Es findet sich in

vielen Organen, neben der Haut etwa auch im Herzen, im

Gehirn, in den Lungen und in Knochen.

Proteinschwänze, die den Kanalbau regeln, und

Schleifen mit Klettverschluss

Wie alle Connexine besteht Cx43 aus vier die Zellmembran

durchziehenden Abschnitten, die das Protein in dieser

verankern. Der Schwanz des Proteins im Zellinnern enthält

viele Elemente, die seine Aktivität und den Zusammenbau

zu Kanälen und Gap Junctions regulieren, wie wir später

feststellten. Durch die mehrfache Membrandurchdringung

entstehen zwei Schleifen, die in den Raum zwischen den

Zellen ragen. Einige der von Laird erzeugten Antikörper

richten sich gegen diese extrazellulären Bereiche.

Da die Schleifen aus der Zelloberfläche herausragen,

könnten sie sich wie bei einem Klettverschluss wechselsei-

tig einhaken und so die Connexine miteinander verknüp-

fen. Um diese Vermutung zu untersuchen, trennten wir

erneut kultivierte Zellen voneinander und vermischten sie

dann wieder – diesmal aber im Beisein von Lairds Antikör-

pern. Und jetzt bildeten sich keine Gap Junctions! Wir

beobachteten weder einen Transfer von injiziertem Farb-

stoff zwischen Zellen noch die charakteristischen abge-

flachten Stellen. Durch Anheften an die Schleifen hatten

die Antikörper verhindert, dass die Connexine verschie-

dener Zellen aneinander andocken.

Als Nächstes wollten wir die Tunnelproteine auf ihrem

Weg von der Produktion bis zur Gap Junction in einer

lebenden Zelle in Echtzeit beobachten. Aber dazu brauch-

ten wir eine andere Technik. 1994 trafen wir drei uns

erneut bei einer Konferenz – diesmal der Tagung der

MICHAEL M. ATKINSON UND JUDSON D. SHERIDAN, UNIVERSITY OF MINNESOTA

Der in eine einzelne Zelle (Mitte) injizierte Farbstoff wandert

rasch über Gap­Junction­Kanäle in deren Nachbarn hinein.