Zellstrukturen und ihre Funktionen — Raues Endoplasmatisches Retikulum

Zellstrukturen und ihre Funktionen — Raues

Endoplasmatisches Retikulum

ER-Membranfluss in Tabak-Zellen

Zellstrukturen und ihre Funktionen — Raues Endoplasmatisches Retikulum

rER einer Drüsenzelle: Ergastoplasma = Stapel paralleler ER-Zisternen

• besonders ausgeprägt in Drüsenzellen

• dann meist nur wenig oder kein glattes ER vorhanden

Zellstrukturen und ihre Funktionen — Glattes Endoplasmatisches Retikulum

Lipid-, Steroid-, Membransynthese

Hydroxylierungen, Biotransformationen (Cytochrom P450)

Flavonoid- und Terpenoidsynthese Leitenzym: Glucose-6-Phosphatase

= agranuläres ER

• v.a. in Zellen mit hoher Lipidstoff- wechselaktivität, steroidproduzie- rende Zellen

z.B. in einer Öldrüsenzelle der Klette (rechts)

Zellstrukturen und ihre Funktionen –

Endoplasmatisches Retikulum

Zellstrukturen und ihre Funktionen — Glattes Endoplasmatisches Retikulum

Hepatozyten mit viel glattem ER

• bilden Lipoproteinpartikel, die Lipide zu anderen Körperstellen transportieren

• beteiligt am Kohlenhydrat-Metabolismus: Glucose-6-Phosphatase in Membran —> Abbau von Glycogen

• mit Entgiftungsenzymen, z.B. Cytochrom P450-Familie: wasserunlösliche Metaboliten oder Gift werden ausreichend wasserlöslich (Hydroxylierung), damit sie ausgeschieden werden; z.T. erst „Giftung“ durch P450-

Hydroxylierung (Aflatoxine!) bzw. „Aktivierung“ von Arzneistoffen (Contergan^® = Thalidomid); Adaptation z.B. in Gegenwart von

Phenobarbital: glattes ER mit Enzymen wird erweitert, um „Entgiftung zu schaffen“

• Testung von Arzneistoffen nach Inkubation mit Mikrosomen = Membranpräparation aus Endoplasmatischem Retikulum

H₃C

O N CH₃ CH₃

H₃C

O N CH₃ CH₃

OH

H₃C

O N

H CH₃

H₃C

O N

H CH₃

OH Tamoxifen

CYP2D6 (CYP2B6, CYP2C9,

CYP2C19, CYP3A)

4-Hydroxy-tamoxifen

CYP3A4/5 CYP3A4/5

(CYP2C9 und andere Isoformen)

CYP2D6

N-Desmethyl-tamoxifen

Endoxifen

Exkurs: Cytochrom-P450-Enzyme

Arzneistoff

Wirkstoff

SERM bei

Mammakarzinom

Mutationen und Polymorphismen

Veränderungen im Genom

Genmutation

z.B. Punktmutation

< 1 % in untersuchter Population

single nucleotide polymorphism (SNP)

> 1 % in untersuchter Population

Spartein/Debrisoquin Polymorphismus (CYP2D6)

Phänotypisierung

Metabolischer Quotient (metabolic ratio, MR)

[Testsubstanz]

[Metabolit]

12 10 8 6 4 2 0

0.1 1 10

Zahl Individuen

MR

Spartein = Alkaloid aus z.B. Sarothamnus scoparius, wirkt

antiarrhythmisch

langsame Metabolisierer schnelle

Metabolisierer

.

Spartein/Debrisoquin Polymorphismus (CYP2D6)

Genotypisierung

langsame Metabolisierer schnelle

Metabolisierer

12 10 8 6 4 2 0

0.1 1 10

wt/wt mut/mut wt/mut

Zahl Individuen

MR

H₃C

O N CH₃ CH₃

H₃C

O N CH₃ CH₃

OH

H₃C

O N

H CH₃

H₃C

O N

H CH₃

OH Tamoxifen

CYP2D6 (CYP2B6, CYP2C9,

CYP2C19, CYP3A)

4-Hydroxy-tamoxifen

CYP3A4/5 CYP3A4/5

(CYP2C9 und andere Isoformen)

CYP2D6

N-Desmethyl-tamoxifen

Endoxifen

Exkurs: Cytochrom-P450-Enzyme

Problem:

langsame

Metabolisiererinnen haben evtl. zu

wenig Wirkstoff!

Klinisch relevante Substrate für CYP2D6

nach Linder et al. (1997) Clin Chem 43:254-266

Antiarrhythmika

! Amiodaron

! Encainid

! Flecainid

! Mexilitin

! N-Propylamalin

! Propafenon

! Spartein

Antidepressiva

! Imipramin

! Desimipramin

! Amitriptylin

! Nortriptylin

! Clomipramin

Beta-Blocker

! Propranolol

! Timilol

! Bufuralol

! Metoprolol

Neuroleptika

! Perphenazin

! Thioridazin

Andere

! Codein

! Debrisoquin

! Amphetamine (Ecstasy!)

! Indoramin

! Phenformin

Anderes Beispiel: CYP1A2

Anderes Beispiel: CYP1A2

1. deckt 29 bekannte Polymorphismen von CYP2D6 und 2 wichtige Polymorphismen von CYP2C19 ab

2. > 15.000 25-mer Oligo-

nukleotiden für beide DNA- Stränge

3. Blutprobe des Patienten

4. Isolierung der DNA aus den Blutzellen

5. PCR der relevanten DNA- Bereiche

6. DNA-Hybride „leuchten“

Pharmakogenomic: AmpliChip CYP450

Zellstrukturen und ihre Funktionen — Glattes Endoplasmatisches Retikulum

• in quergestreifter Muskulatur:

sarkoplasmatisches

Retikulum = Calciumspeicher

Zellstrukturen und ihre Funktionen —

Sarkoplasmatisches Retikulum

Zellstrukturen und ihre Funktionen — Dictyosomen und Golgi-Apparat

Golgi-Apparat = Gesamtheit aller Dictyosomen

bei Pflanzenzellen:

• einzelne Dictyosomen,

unregelmäßig in der Zelle verteilt = dispers

• an der Produktion von Zellwandmaterial beteiligt

• in Siebröhren aufgelöst

Bildung der Plasmamembran und sekretorischer Vesikel, Bildung der Mittellamelle und primären Zellwand (Pflanzen!)

Proteinglykosylierung, -prozessierung Leitenzym: Galactosyltransferase bei tierischen Zellen:

• Dictyosomen liegen in charakteristischer Form zu

anderen Organellen = retikulär

• posttranslationale Modifikation von Proteinen

Zellstrukturen und ihre Funktionen — Dictyosomen, Golgi-Apparat

bei Algen/Wasserpflanzen:

Wassersekretion über Golgi- Vesikel (Vakuolen)

Dictyosom quer und flach geschnitten

Unterscheidung zwischen:

Cis, dem ER zugewandt Median

Trans, der Plasmamembran zugewandt

Zellstrukturen und Ihre Funktionen — Dictyosomen, Golgi-Apparat

Bildungsgewebe (Säugetiere) Sekret

Nervenzellen Neurosekrete

Bauchspeicheldrüse Enzyme

Magenschleimhaut Schleimsubstanzen

Milchdrüsen Nahrungsproteine

Hypophyse, Schilddrüse, Nebenschilddrüse,

Nebennierenmark, Plazenta

Hormone

Plasmazellen Antikörper

Zellstrukturen und Ihre Funktionen —

Endoplasmatisches Retikulum/Golgi-Apparat

Funktion:

• Sekretion von extrazellulären Proteinen, Transport der membranständigen Proteine

Unterscheidung zwischen

kontinuierlicher Sekretion: z.B. in Hepatozyten, und

regulierter Sekretion: z.B. in Pankreaszellen, wobei die Sekretion erst nach erfolgtem Stimulus von außen stattfindet, z.B. Insulinsekretion über Präproprotein: Signalpeptid – B-Kette – C-Peptid – A-Kette

• posttranslationale Modifikationen wie Glykosylierung, Sulfatierung, Phosphorylierung, Acylierung

• Endkontrolle für Richtigkeit der Protein: falsch gefaltete Proteine

werden der Autophagie zugeführt; z.T. akkumulieren Proteinmutanten (z.B. α1-Antitrypsin) im Membransystem

Zellstrukturen und Ihre Funktionen —

Endoplasmatisches Retikulum/Golgi-Apparat

Funktion:

• Transport der membran-

ständigen Proteine

Beispiel:

Cystische Fibrose (8000 bis 10000

Patienten in D)