G-ZELLEN: ENTWICKLUNG, GASTRIN, PIEZOMECHANOSENSITIVE KANÄLE - BIOLOGIE - 2025

Die G-Zellen sind endokrine Zellen, die einer humoralen und neuralen Regulation des Lumeninhalts unterliegen. Sie befinden sich auf Höhe der Zwölffingerdarmschleimhaut und des Magenantrums. Diese Zellen machen einen geringen Prozentsatz der Zellen der Magenschleimhaut aus (1%).

Die in diesem Zelltyp vorhandenen Mikrovilli, die auf ihren apikalen Oberflächen verteilt sind, ermöglichen die Entnahme von Proben des Mageninhalts. G-Zellen setzen Gastrin frei, ein Polypeptidhormon, dessen Sekretion durch Stimuli neuronaler, mechanischer oder chemischer Natur induziert wird.

G-Zelle des Magenantrums. Von Miguelferig aus Wikimedia Commons.

Gastrin regt die Belegzellen an, Säure abzuscheiden, erhöht die Durchblutung der Magenschleimhaut, induziert die Sekretion von Pepsin in den Hauptzellen und fördert das Wachstum von exokrinem und Pankreasgewebe sowie die Magenmotilität.

Die Aktivität oder der Wirkungsmechanismus von G-Zellen wird durch das Vorhandensein von Proteinabbauprodukten stimuliert. Es hat sich jedoch gezeigt, dass sie nicht nur auf diese Art chemischer Signale reagieren, sondern auch durch Dehnung der Bauchdecke stimuliert werden.

In diesem Sinne wurde das Vorhandensein mechanosensitiver Ionenkanäle der Piezo-Familie nachgewiesen, die später beschrieben werden.

G-Zell-Entwicklung

Bei Wirbeltieren erfüllt der Magen nicht nur den Ort, an dem Lebensmittel gelagert werden, sondern auch eine Barriere, die das Eindringen von Mikroorganismen in den Darm verhindert und eine Schutzumgebung gegen endogene oder exogene Angriffe schafft.

Der Magen hat verschiedene Zellen, die bestimmte Funktionen erfüllen. Dies ist der Fall bei Enterochromaffinzellen, die für die Produktion von Histamin verantwortlich sind; Zellen, die Peptidhormone absondern; D-Zellen, die Somatostatin freisetzen; Ghrelin-produzierende A-Zellen; und G-Zellen, die Gastrin absondern.

G-Zellen stammen von präendokrinen Hormonzellen, die sich asymmetrisch in der Magenschleimhaut teilen und zwei Tochterzellen entstehen lassen. Einer von ihnen exprimiert Somatostatin und der andere exprimiert Gastrin in jedem Teilungsprozess.

Eine solche asymmetrische Teilung ermöglicht es Somatostatin-sekretierenden Zellen, das Wachstum und die Wirkung von Gastrin-sekretierenden G-Zellen zu modulieren. Die Reifung beider Zelltypen wird durch Transkriptionsfaktoren fein reguliert.

Gastrin- und Cholecystokininrezeptor

Gastrinfreisetzung durch die G-Zellen des Antrum der Magenschleimhaut. Von Adam L. VanWert, Pharm.D., Ph.D. , aus Wikimedia Commons.

Gastrin wird im Prinzip als Präprogastrin übersetzt. Sobald der Translationsprozess stattgefunden hat, wird das Präprogastrin gespalten, wodurch Peptide unterschiedlicher Größe entstehen, wobei "großes" Gastrin das häufigste Peptid ist.

Die biologische Aktivität von Gastrin findet sich in einer Sequenz namens Pentagastrin, die aus 5 Aminosäuren besteht. Diese Sequenz befindet sich in der C-terminalen Domäne.

Die Wirkungen von Gastrin treten nach seiner Bindung an den Cholecystokininrezeptor (CCKB), einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor, auf.

Sobald Gastrin an seinen Rezeptor bindet, wird eine Signalkaskade ausgelöst, in der Membraninositole wie Phospholipase C aktiviert werden, was zu einem Anstieg der intrazellulären Calciumkonzentrationen und der Wirkung von Second Messenger wie Inositol führt Triphosphat und Diacylglycerin.

Dieser Rezeptor kann jedoch auch in geringerem Maße auch die Aktivierung des Signalwegs induzieren, an dem Tyrosinkinase-Rezeptoren beteiligt sind.

Die Expression des CCKB-Rezeptors findet sich im Verdauungssystem, in weißen Blutkörperchen, Endothelzellen und im Zentralnervensystem.

Piezo mechanosensitive Kanäle

Mechanosensitive Ionenkanäle reagieren auf mechanische Impulse, d. H. Sie öffnen sich, wenn die Zellmembran einer Änderung der Spannung oder des Drucks ausgesetzt ist.

Die Mechanismen, durch die diese Veränderungen wahrgenommen werden, werden diskutiert, aber die Beteiligung von Komponenten des Zytoskeletts und Phospholipasen, die mit der Zellmembran assoziiert sind, wurde vorgeschlagen.

Piezo-mechanosensitive Kanäle sind Proteine, die während der gesamten Evolution konserviert wurden und nicht nur spannungsmoduliert sind, sondern auch auf mechanische Reize reagieren.

Die Ionenkanäle Piezo1 und Piezo2 erfüllen eine Vielzahl physiologischer Prozesse von entscheidender Bedeutung. Zum Beispiel: Piezo1 ist an der Entwicklung des Lymphsystems und des Gefäßsystems bei Mäusen beteiligt.

Piezo 2 ist seinerseits an der Mechanotransduktion von Merkelzellen und sensorischen Neuronen in der Rückenwurzel beteiligt.

Jüngste Studien an Menschen und Mäusen haben gezeigt, dass Piezokanäle auch an nicht sensorischen physiologischen Prozessen beteiligt sind, wie dem Umbau der glatten Muskulatur, der Bildung der Epithellamina und des Knorpels in den Zellen, aus denen sie besteht (Chondrozyten).

Bei Mäusen wurde gezeigt, dass die Deletion der Piezo 1- oder Piezo 2-Gene zur Embryonensterblichkeit oder frühen postnatalen Letalität führt.

Expression mechanosensitiver Kanäle in G-Zellen

Die G-Zell-Reaktionen auf die verschiedenen Proteinprodukte werden von chemosensorischen Rezeptoren durchgeführt. Die Mechanismen, die an der Aktivierung dieser Zellen nach Dehnung der Magenwand beteiligt sind, sind jedoch kaum bekannt.

Eine antrale Innervation ist erforderlich, damit eine G-Zell-Stimulation auftritt. Eine kürzlich durchgeführte Studie zeigte jedoch, dass die G-Zell-Wirkung auch nach einer Anterv-Denervierung als Reaktion auf eine Ausdehnung zunimmt. Aus diesem Grund wurde spekuliert, dass G-Zellen gegenüber mechanischen Reizen empfindlich sind.

Vor diesem Hintergrund machte sich eine Gruppe von Forschern daran, die Existenz von Piezoionenkanälen in G-Zellen aufzuklären, die mechanosensitiv sind. Die erhaltenen Ergebnisse zeigten effektiv, dass Piezo 1-Kanäle in der Antrumregion des Magens von Mäusen exprimiert werden.

Piezo 1-Kanäle sind nicht gleichmäßig in der G-Zelle verteilt, sondern im basolateralen Teil. Eine Tatsache, die von großem Interesse ist, da die Speicherung von Gastrin in sekretorischen Vesikeln genau in dieser Region erfolgt und auf das Eintreffen des geeigneten Stimulus für seine Freisetzung wartet.

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