Das Darmepithel ist Teil der Darmschleimhautschicht. Das Epithel besteht aus einer einzigen Schicht von Zellen. Die beiden anderen Schleimhautschichten, die Lamina propria und die Muscularis mucosae, stützen und gliedern die Epithelschicht. Um den Inhalt des Darmlumens sicher einzuschließen, sind die Zellen der Epithelschicht durch enge Verbindungsstellen miteinander verbunden und bilden so eine zusammenhängende und relativ undurchlässige Membran.
Epithelzellen werden alle 4-5 Tage durch einen Prozess der Zellteilung, Reifung und Migration kontinuierlich erneuert. Die Erneuerung beruht auf proliferativen Zellen (Stammzellen), die sich in der Krypta (Basis) der Darmdrüsen befinden (epitheliale Einstülpungen in das darunterliegende Bindegewebe). Nachdem sie sich an der Basis gebildet haben, wandern die neuen Zellen nach oben und aus der Krypta heraus und reifen dabei aus. Schließlich unterliegen sie der Apoptose und werden in das Darmlumen abgestoßen. Auf diese Weise wird die Darmschleimhaut ständig erneuert, während die Anzahl der Zellen, aus denen sich die Epithelschicht zusammensetzt, konstant bleibt.
Im Dünndarm ist die Schleimhautschicht speziell darauf ausgerichtet, eine große Oberfläche zu bieten, um die Aufnahme von Nährstoffen zu maximieren. Die Vergrößerung der Absorptionsfläche, die 600-mal größer ist als die eines einfachen zylindrischen Rohrs, wird durch drei anatomische Merkmale erreicht:
- Zirkuläre Falten sind Querfalten, die die Passage des Lumeninhalts verlangsamen und dazu dienen, die Gesamtoberfläche um das Dreifache zu vergrößern.
- Zotten und Darmdrüsen dienen dazu, die Schleimhautoberfläche um das Zehnfache zu vergrößern. (Darmzotten)
- Mikrovilli, die die apikale Oberfläche der Enterozyten bedecken, vergrößern die Absorptionsfläche um das Zwanzigfache. Diese zahlreichen mikroskopisch kleinen (100 Nanometer im Durchmesser) fingerartigen Fortsätze bilden einen gewellten Bürstensaum.
Der Bürstensaum an der apikalen Oberfläche der Epithelzellen ist mit Glykokalyx bedeckt, die aus Oligosacchariden besteht, die an Membran-Glykoproteine und Glykolipide gebunden sind.
ZelltypenBearbeiten
Sieben verschiedene Zelltypen werden von den Stammzellen an der Basis der Krypten gebildet. Jeder Zelltyp reift gemäß seinem spezifischen Differenzierungsprogramm, während er aus der Krypta nach oben und nach außen wandert. Viele der Gene, die für die Differenzierung in die verschiedenen Epithelzelltypen erforderlich sind, wurden identifiziert und charakterisiert (siehe diese Tabelle). Die entstehenden Zelltypen sind: Enterozyten, Becherzellen, enteroendokrine Zellen, Paneth-Zellen, Mikrofaltenzellen, Becherzellen und Büschelzellen. Ihre Funktionen sind hier aufgeführt:
- Die Enterozyten sind die zahlreichsten und dienen in erster Linie der Nährstoffaufnahme. Enterozyten exprimieren viele katabole Enzyme auf ihrer äußeren luminalen Oberfläche, um Moleküle auf eine für die Aufnahme in die Zelle geeignete Größe zu zerlegen. Beispiele für Moleküle, die von Enterozyten aufgenommen werden, sind: Ionen, Wasser, Einfachzucker, Vitamine, Lipide, Peptide und Aminosäuren.
- Becherzellen sezernieren die Schleimschicht, die das Epithel vor dem Lumeninhalt schützt.
- Enteroendokrine Zellen sezernieren verschiedene gastrointestinale Hormone, darunter Sekretin, Pankreozymin und Enteroglucagon. Eine Untergruppe der sensorischen Darmepithelzellen hat eine Synapse mit Nerven und wird als Neuropod-Zellen bezeichnet.
- Paneth-Zellen produzieren antimikrobielle Peptide wie das menschliche Beta-Defensin.
- Mikrofaltenzellen (allgemein als M-Zellen bezeichnet) nehmen Antigene aus dem Lumen auf und geben sie an das mit der Schleimhaut verbundene lymphatische Gewebe (MALT) ab. Im Dünndarm sind die M-Zellen mit den Peyer’schen Flecken assoziiert.
- Becherzellen sind ein eigener Zelltyp, dessen Funktion jedoch nicht bekannt ist.
- Büschelzellen spielen eine Rolle bei der Immunantwort.
Throughout the digestive tract, the distribution of the different types of epithelial cells varies according to the function of that region.
Structural components of cellular junctionsEdit
Important for the barrier function of intestinal epithelium, its cells are joined securely together by four types of junctions (cell junctions), which can be identified at the ultrastructural level:
- Gap junctions
- Desmosomes
- Adherens junctions
- Tight junctions
Gap junctionsEdit
Gap junctions bring the adjacent cells within 2 nanometers of each other. They are formed by several homologous proteins encoded by the connexin gene family coming together to form a multiprotein complex. The molecular structure of this complex is in the form of a hexamer. Der Komplex, der in die Zellwände der beiden verbundenen Zellen eingebettet ist, bildet eine Lücke oder einen Kanal in der Mitte der sechs Proteine. Durch diesen Kanal können verschiedene Moleküle, Ionen und elektrische Impulse zwischen den beiden Zellen passieren.
DesmosomenBearbeiten
Diese Komplexe, die aus transmembranen Adhäsionsproteinen der Cadherin-Familie bestehen, verbinden benachbarte Zellen durch ihre Zytoskelette miteinander. Desmosomen lassen eine Lücke von 30 Nanometern zwischen den Zellen.
Adherens junctionsEdit
Adherens junctions, auch Zonula adherens genannt, sind Multiproteinkomplexe, die von Proteinen der Catenin- und Cadherin-Familien gebildet werden. Sie befinden sich in der Membran an den Kontaktstellen zwischen den Zellen. Sie werden durch Wechselwirkungen zwischen intrazellulären Adapterproteinen, Transmembranproteinen und den Aktinzytoskeletten der Zellen gebildet. Neben ihrer Rolle bei der Verbindung benachbarter Zellen sind diese Komplexe wichtig für die Regulierung der epithelialen Migration, der Zellpolarität und der Bildung anderer Zellverbindungskomplexe.
Tight junctionsEdit
Tight junctions, auch Zonula occludens genannt, sind die wichtigsten Komponenten des Darmepithels für seine Barrierefunktion. Diese Komplexe, die hauptsächlich aus Mitgliedern der Claudin- und der Occludin-Familie gebildet werden, bestehen aus etwa 35 verschiedenen Proteinen, bilden ein ringförmiges, durchgehendes Band um die Zellen und befinden sich in der Nähe der Grenzen der lateralen und apikalen Membranen.
Die extrazellulären Domänen der Transmembranproteine in benachbarten Zellen überkreuzen sich und bilden so eine enge Dichtung. Zu diesen Wechselwirkungen gehören solche zwischen Proteinen in derselben Membran („cis“) und Proteinen in benachbarten Zellen („trans“). Darüber hinaus können die Wechselwirkungen homophil (zwischen identischen Proteinen) oder heterophil (zwischen verschiedenen Proteinen) sein.
Ähnlich wie bei den Adherens Junctions interagieren die intrazellulären Domänen der Tight Junctions mit verschiedenen Gerüstproteinen, Adapterproteinen und Signalkomplexen, um die Verknüpfung des Zytoskeletts, die Zellpolarität, die Zellsignalisierung und den vesikalen Verkehr zu regulieren.
Dichte Verbindungen bilden eine enge, aber modifizierbare Abdichtung zwischen benachbarten Zellen in der Epithelschicht und ermöglichen so den selektiven parazellulären Transport von gelösten Stoffen. Während man früher davon ausging, dass es sich um statische Strukturen handelt, weiß man heute, dass Tight Junctions dynamisch sind und die Größe der Öffnung zwischen den Zellen verändern können, um sich so an verschiedene Entwicklungsstadien, Physiologien und Pathologien anzupassen. Sie fungieren als selektive und semipermeable parazelluläre Barriere zwischen apikalen und basolateralen Kompartimenten der Epithelschicht. Sie erleichtern den Durchgang von kleinen Ionen und wasserlöslichen Stoffen durch den parazellulären Raum, während sie den Durchgang von luminalen Antigenen, Mikroorganismen und deren Toxinen verhindern.