Die Arbeit faßt die bisherigen Erkenntnisse über intrazelluläre Transportprozesse und ihre klinische Bedeutung zusammen, beschreibt die Methoden zur Untersuchung intrazellulärer Transportprozesse und präsentiert neue Ergebnisse aus eigenen Forschungsarbeiten über Krankheiten mit Veränderungen des intrazellulären Proteintransportes wie Zöliakie, Ornithin-Transcarbamylase-Mangel und Morbus Gaucher. Der intrazelluläre Proteintransport stellt einen wichtigen Faktor zahlreicher Zellfunktionen dar. Bei vielen Erkrankungen sind intrazelluläre Transportvorgänge verändert. Durch Transportdefekte kann…mehr
Die Arbeit faßt die bisherigen Erkenntnisse über intrazelluläre Transportprozesse und ihre klinische Bedeutung zusammen, beschreibt die Methoden zur Untersuchung intrazellulärer Transportprozesse und präsentiert neue Ergebnisse aus eigenen Forschungsarbeiten über Krankheiten mit Veränderungen des intrazellulären Proteintransportes wie Zöliakie, Ornithin-Transcarbamylase-Mangel und Morbus Gaucher. Der intrazelluläre Proteintransport stellt einen wichtigen Faktor zahlreicher Zellfunktionen dar. Bei vielen Erkrankungen sind intrazelluläre Transportvorgänge verändert. Durch Transportdefekte kann die Diagnostik, insbesondere von angeborenen Stoffwechselerkrankungen erschwert sein. Verschiedene Untersuchungsmethoden einschließlich der Kryoultramikrotomie und Immungold-Methode werden vorgestellt, die geeignet sind, Defekte oder Veränderungen des intrazellulären Proteintransportes festzustellen. Am Beispiel der thyreoidalen Peroxidase, des Hemagglutinins und der lysomalen Membranproteinewerden physiologische Transportvorgänge der Exozytose und Endozytose dargestellt. Beim Ornithin-Transcarbamylase-Mangel und Carbamylphosphat-Synthetase-Mangel, zwei Harnstoffzyklus-Defekten, steht der mitochondriale Importmechanismus im Vordergrund der zellbiologischen Pathophysiologie. Auf die Bedeutung des biosynthetischen Transportes wird beim Morbus Gaucher hingewiesen. Bei der Zöliakie werden pathognomische Transportprozesse innerhalb des Endozytose-Apparates von Enterozyten vorgestellt.
1 Bekannte intrazelluläre Transportprozesse.- 1.1 Biosynthetischer Transportweg.- 1.1.1 Klinische Bedeutung biosynthetischer Transportstörungen.- 1.1.1.1 Transportstörungen strukturell alterierter Proteine.- 1.1.1.2 Transportstörungen strukturell integrer Proteine.- 1.2 Endozytischer Transportweg.- 1.2.1 Klinische Bedeutung endozytischer Transportstörungen.- 2 Medizinische Perspektiven des intrazellulären Proteintransports.- 3 Methoden zur Untersuchung intrazellulärer Transportprozesse.- 3.1 Biochemische Methoden.- 3.1.1 "pulse-chase"-Experimente.- 3.1.2 Zellfraktionierung.- 3.2 Morphologische Methoden.- 3.2.1 Konventionelle Elektronenmikroskopie.- 3.2.2 Zytochemie.- 3.2.3 Immunfluoreszenz Immunfluoreszenzmikroskopie.- 3.3 Immunelektronenmikroskopie.- 3.3.1 "Preembedding"-Verfahren.- 3.3.2 "Postembedding"-Verfahren.- 3.4 Immunologische Marker.- 3.4.1 Primäre Antikörper.- 3.4.2 Elektronendichte Marker.- 3.5 Kryoultramikrotomie-Immunogold Methode.- 3.5.1 Vorteile der Kryoultramikrotomie-Immunogold Methode.- 3.5.2 Nachteile der Kryoultramikrotomie-Immunogold Methode.- 3.5.3 Präparation ultradünner Gefrierschnitte.- 3.5.4 Immunogold-Beschichtung von ultradünnen Gefrierschnitten.- 3.5.5 Quantifizierung der Immunogold-Markierung.- 3.5.6 Das Zusammenspiel von Immunzytochemie und Biochemie.- 4 Physiologische intrazelluläre Transportprozesse.- 4.1 Transport lysosomaler Membranproteine zu Lysosomen.- 4.1.1 Die lysosomalen Membranproteine lgp 110 und 120.- 4.1.2 Subzelluläre Bindungsstellen der Antikörper gegen lgp 110 und 120.- 4.1.3 Transport der lysosomalen Membranproteine vom Golgi-Apparat direkt zu den Lysosomen.- 4.1.4 Beteiligung lysosomaler Membranproteine bei Erkrankungen.- 4.2 Trimerisierung von Haemagglutinin.- 4.2.1 Eigenschaften von Haemagglutinin.- 4.2.2 Probleme bei der Lokalisierung von Haemagglutinin-Trimeren.- 4.2.3 Haemagglutinin-Trimere im endoplasmatischen Retikulum.- 4.2.4 Krankheiten mit konformationsabhängigem Transportdefekt.- 4.3 Separation von Thyreoglobulin (TG) und thyreoidaler Peroxidase (TPO) im endoplasmatischen Retikulum.- 4.3.1 Eigenschaften von Thyreoglobulin (TG) und thyreoidaler Peroxidase (TPO).- 4.3.2 Ultrastrukturelle Verteilung von Thyreoglobulin und thyreoidaler Peroxidase.- 4.3.3 Quantifizierung der Konzentration von Thyreoglobulin und thyresidaler Peroxidase.- 4.3.4 Trägt die Separation von Thyreoglobulin und thyreoidaler Peroxidase zur Vermeidung der Jodierung von Thyreoglobulin im endoplasmatischen Retikulum bei?.- 4.3.5 Klinische Bedeutung der Lokalisierung von Thyreoglobulin und thyreoidaler Peroxidase.- 5 Krankheiten mit Veränderungen im intrazellulären Proteintransport.- 5.1 Co-Lokalisierung von Gliadin und MHC Proteinen der Klasse II in Lysosomen von Enterozyten bei der Zöliakie.- 5.1.1 Oligosymptomatische Formen der Zöliakie.- 5.1.2 Probleme in der Diagnostik der Zöliake.- 5.1.3 Bekannte pathogenetische Konzepte der Zöliakie.- 5.1.4 Experimentelles Konzept und Fragestellungen zur Antigenpräsentierung von Gliadin.- 5.1.5 Endozytose von Gliadin durch Enterozyten.- 5.1.6 Gliadin in späten Endosomen von Enterozyten bei Zöliakie-Patienten.- 5.1.7 MHC Proteine der Klasse II in Enterozyten von Zöliakie-Patienten.- 5.1.8 Gliadin und MHC Proteine der Klasse II in Endosomen von Enterozyten bei unbehandelten Zöliakie-Patienten.- 5.1.9 Wird Gliadin mit Hilfe von IgA transloziert?.- 5.1.10 In vivo Assoziation von Gliadin und MHC Proteinen der Klasse II in Enterozyten von unbehandelten Zöliakie-Patienten.- 5.2 Mitochondrialer Importmechanismus beim Ornithin-Transcarbamylase-Mangel.- 5.2.1 Ornithin-Transcarbamylase-Mangel.- 5.2.2 Fallbericht eines Patienten mit Ornithin-Transcarbamylase-Mangel.- 5.2.3 Fragestellungen zum Ornithin-Transcarbamylase-Mangel.- 5.2.4 Lokalisierung der Ornithin-Transcarbamylase in Hepatozyten.- 5.2.5 Elektronendichte Körper enthalten die II. Untereinheit der Cytochrom c Oxidase (COX II) und DNA.- 5.2.6 Mitochondriale Konzentration von OTC, CPS I und der ß-Untereinheit der F1ATPase.- 5.2.7 Mitochondrienvolumen der Hepatozyten.- 5.2.8 Zelluläre Kompensationsmechanismen bei verminderter OTC-Enzymaktivität.- 5.3 Postnatale Zunahme der mitochondrialen Menge an Carbamylphosphat Synthetase I-CPS I-Mangel bei zwei Kinderkonsanguinen Eltern.- 5.3.1 Western-Blot-Analyse der Leberproben.- 5.3.2 Immunzytochemische Lokalisierung von CPS I im Lebergewebe der beiden Patienten.- 5.3.3 Morphometrische Untersuchung der Hepatozyten bei zwei Kontroll-Patienten und den beiden Patienten mit CPS I-Mangel.- 5.3.4 Zellbiologische Prozesse zur Steigerung der mitochondrialen Menge an mutierter CPS I.- 5.4 Der intrazelluläre Transport lysosomaler Proteine beim Morbus Gaucher.- 5.4.1 Transportdefekt der Glukocerebrosidase mit der G202R Mutation beim Verlassen des endoplasmatischen Retikulums.- 5.4.2 Immunzytochemischer Nachweis von Saposin C, Cathepsin D und LAMP-1 und LAMP-2 in den Ablagerungsprodukten des Morbus Gaucher.- 5.4.3 Transport der lysosomalen Membranproteine via Zelloberfläche beim Morbus Gaucher.- 6 Schlußfolgerungen.
1 Bekannte intrazelluläre Transportprozesse.- 1.1 Biosynthetischer Transportweg.- 1.1.1 Klinische Bedeutung biosynthetischer Transportstörungen.- 1.1.1.1 Transportstörungen strukturell alterierter Proteine.- 1.1.1.2 Transportstörungen strukturell integrer Proteine.- 1.2 Endozytischer Transportweg.- 1.2.1 Klinische Bedeutung endozytischer Transportstörungen.- 2 Medizinische Perspektiven des intrazellulären Proteintransports.- 3 Methoden zur Untersuchung intrazellulärer Transportprozesse.- 3.1 Biochemische Methoden.- 3.1.1 "pulse-chase"-Experimente.- 3.1.2 Zellfraktionierung.- 3.2 Morphologische Methoden.- 3.2.1 Konventionelle Elektronenmikroskopie.- 3.2.2 Zytochemie.- 3.2.3 Immunfluoreszenz Immunfluoreszenzmikroskopie.- 3.3 Immunelektronenmikroskopie.- 3.3.1 "Preembedding"-Verfahren.- 3.3.2 "Postembedding"-Verfahren.- 3.4 Immunologische Marker.- 3.4.1 Primäre Antikörper.- 3.4.2 Elektronendichte Marker.- 3.5 Kryoultramikrotomie-Immunogold Methode.- 3.5.1 Vorteile der Kryoultramikrotomie-Immunogold Methode.- 3.5.2 Nachteile der Kryoultramikrotomie-Immunogold Methode.- 3.5.3 Präparation ultradünner Gefrierschnitte.- 3.5.4 Immunogold-Beschichtung von ultradünnen Gefrierschnitten.- 3.5.5 Quantifizierung der Immunogold-Markierung.- 3.5.6 Das Zusammenspiel von Immunzytochemie und Biochemie.- 4 Physiologische intrazelluläre Transportprozesse.- 4.1 Transport lysosomaler Membranproteine zu Lysosomen.- 4.1.1 Die lysosomalen Membranproteine lgp 110 und 120.- 4.1.2 Subzelluläre Bindungsstellen der Antikörper gegen lgp 110 und 120.- 4.1.3 Transport der lysosomalen Membranproteine vom Golgi-Apparat direkt zu den Lysosomen.- 4.1.4 Beteiligung lysosomaler Membranproteine bei Erkrankungen.- 4.2 Trimerisierung von Haemagglutinin.- 4.2.1 Eigenschaften von Haemagglutinin.- 4.2.2 Probleme bei der Lokalisierung von Haemagglutinin-Trimeren.- 4.2.3 Haemagglutinin-Trimere im endoplasmatischen Retikulum.- 4.2.4 Krankheiten mit konformationsabhängigem Transportdefekt.- 4.3 Separation von Thyreoglobulin (TG) und thyreoidaler Peroxidase (TPO) im endoplasmatischen Retikulum.- 4.3.1 Eigenschaften von Thyreoglobulin (TG) und thyreoidaler Peroxidase (TPO).- 4.3.2 Ultrastrukturelle Verteilung von Thyreoglobulin und thyreoidaler Peroxidase.- 4.3.3 Quantifizierung der Konzentration von Thyreoglobulin und thyresidaler Peroxidase.- 4.3.4 Trägt die Separation von Thyreoglobulin und thyreoidaler Peroxidase zur Vermeidung der Jodierung von Thyreoglobulin im endoplasmatischen Retikulum bei?.- 4.3.5 Klinische Bedeutung der Lokalisierung von Thyreoglobulin und thyreoidaler Peroxidase.- 5 Krankheiten mit Veränderungen im intrazellulären Proteintransport.- 5.1 Co-Lokalisierung von Gliadin und MHC Proteinen der Klasse II in Lysosomen von Enterozyten bei der Zöliakie.- 5.1.1 Oligosymptomatische Formen der Zöliakie.- 5.1.2 Probleme in der Diagnostik der Zöliake.- 5.1.3 Bekannte pathogenetische Konzepte der Zöliakie.- 5.1.4 Experimentelles Konzept und Fragestellungen zur Antigenpräsentierung von Gliadin.- 5.1.5 Endozytose von Gliadin durch Enterozyten.- 5.1.6 Gliadin in späten Endosomen von Enterozyten bei Zöliakie-Patienten.- 5.1.7 MHC Proteine der Klasse II in Enterozyten von Zöliakie-Patienten.- 5.1.8 Gliadin und MHC Proteine der Klasse II in Endosomen von Enterozyten bei unbehandelten Zöliakie-Patienten.- 5.1.9 Wird Gliadin mit Hilfe von IgA transloziert?.- 5.1.10 In vivo Assoziation von Gliadin und MHC Proteinen der Klasse II in Enterozyten von unbehandelten Zöliakie-Patienten.- 5.2 Mitochondrialer Importmechanismus beim Ornithin-Transcarbamylase-Mangel.- 5.2.1 Ornithin-Transcarbamylase-Mangel.- 5.2.2 Fallbericht eines Patienten mit Ornithin-Transcarbamylase-Mangel.- 5.2.3 Fragestellungen zum Ornithin-Transcarbamylase-Mangel.- 5.2.4 Lokalisierung der Ornithin-Transcarbamylase in Hepatozyten.- 5.2.5 Elektronendichte Körper enthalten die II. Untereinheit der Cytochrom c Oxidase (COX II) und DNA.- 5.2.6 Mitochondriale Konzentration von OTC, CPS I und der ß-Untereinheit der F1ATPase.- 5.2.7 Mitochondrienvolumen der Hepatozyten.- 5.2.8 Zelluläre Kompensationsmechanismen bei verminderter OTC-Enzymaktivität.- 5.3 Postnatale Zunahme der mitochondrialen Menge an Carbamylphosphat Synthetase I-CPS I-Mangel bei zwei Kinderkonsanguinen Eltern.- 5.3.1 Western-Blot-Analyse der Leberproben.- 5.3.2 Immunzytochemische Lokalisierung von CPS I im Lebergewebe der beiden Patienten.- 5.3.3 Morphometrische Untersuchung der Hepatozyten bei zwei Kontroll-Patienten und den beiden Patienten mit CPS I-Mangel.- 5.3.4 Zellbiologische Prozesse zur Steigerung der mitochondrialen Menge an mutierter CPS I.- 5.4 Der intrazelluläre Transport lysosomaler Proteine beim Morbus Gaucher.- 5.4.1 Transportdefekt der Glukocerebrosidase mit der G202R Mutation beim Verlassen des endoplasmatischen Retikulums.- 5.4.2 Immunzytochemischer Nachweis von Saposin C, Cathepsin D und LAMP-1 und LAMP-2 in den Ablagerungsprodukten des Morbus Gaucher.- 5.4.3 Transport der lysosomalen Membranproteine via Zelloberfläche beim Morbus Gaucher.- 6 Schlußfolgerungen.
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