Caveolae-vermittelte Endozytose

Als Caveolae werden nicht-Clathrin-assoziierte flaschenförmige (omegaförmige) ca. 50 - 80 nm breite Einstülpungen in der Plasmamembran bezeichnet, die in vielen  Säuger-Zellen vorkommen. Caveolae sind eine Spezialform der lipid rafts, bei denen der Hauptbestandteil, das Protein Caveolin, in der Membran integriert ist (zur Zeit sind drei unterschiedliche Caveolin-Gene bekannt: Caveolin-3 wird in Muskelzellen - glatte Muskelzellen, quergestreifte Muskulatur, Herzmuskelzellen- exprimiert, während die Caveoline 1 und 2 in Adipocyten, Endothelzellen, Fibroblasten und Pneumocyten vorkommen). Die Caveolin-Proteine polymerisieren und binden Cholesterol, wodurch es zur Einstülpung der Plasmamembran, der Bildung der Caveolae, kommt.

Die Internalisierung von Caveolae erfolgt – im Gegensatz zu Clathrin-vermittelter Endozytose nur nach Zellstimulation. So unterscheidet sich das intrazelluläre Schicksal der Caveosomen grundlegend von allen übrigen Mechanismen. Die Caveolae-vermittelte Endozytose führt nicht direkt zu späten Endosomen und Lysosomen und damit auch nicht zu lysosomaler Degradierung des endozytierten Materials. Je nach Art des internalisierten Gutes sind verschiedene intrazelluläre Ziele möglich (Mineo et al. 2001): so die Freisetzung ins Zytosol, auch die Fusion mit Golgi-Vesikeln, die Fusion mit dem Endoplasmatischen Retikulum oder ein Transport durch die Zelle hindurch (Transzytose).

Das ursprüngliche Modell der Plasmamembran, bei dem davon ausgegangen wurde, dass die membranaufbauenden Lipide und Proteine innerhalb der Membran homogen verteilt sind, wurde in den letzten Jahren modifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass sich innerhalb der Membran vorübergehend Bereiche ausbilden können, in denen aufgrund eines höheren Anteils von Glycosphingolipiden, Cholesterol und GPI (Glycosylphosphatidylinositol, z.B. GM1)-verankerten Proteinen eine verringerte Fluidität vorherrscht (Simons K et al. 1997). Aufgrund ihrer eingeschränkten seitlichen Beweglichkeit innerhalb dieser Mikrodomänen werden sie als Lipidflöße, so genannte „lipid rafts“, bezeichnet.

Der Transport in die Zelle unter Umgehung der lysosomalen Kompartimente macht diesen Aufnahmemechanismus besonders interessant für die rationelle Entwicklung neuer Drug Delivery Systeme (Bathori et al. 2004). Die Kenntnis der Transportwege internalisierter Substanzen ist daher der erste Schritt für diese Entwicklung.

1. Bathori G et al. (2004). Caveolae-an alternative endocytotic pathway for targeted drug delivery. Crit Rev Ther Drug Carrier Syst 21: 67-95.
2. Huth E (2005) Zelluläre Aufnahme und intrazelluläres Schicksal von partikulären Drug Delivery Systemen. Inaugural-Dissertation zur Erlangung der Doktorwürde der Fakultät für Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
3. Mineo C et al. (2001). Potocytosis. Robert Feulgen Lecture. Histochem Cell Biol 116: 109-118.
4. Ohkuma S (1981). Effect of weak bases on the intralysosomal pH in mouse peritoneal macrophages. J Cell Biol 90: 665-669.
5. Simons K et al. (1997). Functional rafts in cell membranes. Nature 434: 569-572.