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 TerpenoidsyntheseLeitenzym: Glucose-6-Phosphatase

= agranuläres ER• v.a. in Zellen mit hoher Lipidstoff-wechselaktivität, steroidproduzie-rende Zellenz.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

ON

CH3

CH3

H3C

ON

CH3

CH3

OH

H3C

ONH

CH3

H3C

ONH

CH3

OH

Tamoxifen

CYP2D6(CYP2B6, CYP2C9,CYP2C19, CYP3A)

4-Hydroxy-tamoxifen

CYP3A4/5

CYP3A4/5(CYP2C9 und andere

Isoformen)

CYP2D6

N-Desmethyl-tamoxifenEndoxifen

Exkurs: Cytochrom-P450-Enzyme

Arzneistoff

Wirkstoff

SERM beiMammakarzinom

Mutationen und Polymorphismen

Veränderungen im Genom

Genmutationz.B. Punktmutation

< 1 % in untersuchterPopulation

single nucleotidepolymorphism (SNP)

> 1 % in untersuchterPopulation

Spartein/Debrisoquin Polymorphismus (CYP2D6)

PhänotypisierungMetabolischer Quotient (metabolic ratio, MR)

[Testsubstanz][Metabolit]

12

10

8

6

4

2

00.1 101

Zahl

Indi

vidu

en

MR

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

langsameMetabolisierer

schnelleMetabolisierer

.

Spartein/Debrisoquin Polymorphismus (CYP2D6)

Genotypisierung

langsameMetabolisierer

schnelleMetabolisierer

12

10

8

6

4

2

00.1 101

wt/wt

mut/mutwt/mut

Zahl

Indi

vidu

en

MR

H3C

ON

CH3

CH3

H3C

ON

CH3

CH3

OH

H3C

ONH

CH3

H3C

ONH

CH3

OH

Tamoxifen

CYP2D6(CYP2B6, CYP2C9,CYP2C19, CYP3A)

4-Hydroxy-tamoxifen

CYP3A4/5

CYP3A4/5(CYP2C9 und andere

Isoformen)

CYP2D6

N-Desmethyl-tamoxifenEndoxifen

Exkurs: Cytochrom-P450-Enzyme

Problem:langsame Metabolisiererinnen haben evtl. zu wenig Wirkstoff!

Klinisch relevante Substrate für CYP2D6nach 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 Patienten4. Isolierung der DNA aus den

Blutzellen5. PCR der relevanten DNA-

Bereiche6. 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 Dictyosomenbei 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, -prozessierungLeitenzym: 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 zugewandtMedianTrans, 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-ApparatFunktion:• Sekretion von extrazellulären Proteinen, Transport der membranständigen ProteineUnterscheidung zwischen kontinuierlicher Sekretion: z.B. in Hepatozyten, undregulierter 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)