Zielsetzung der vorgestellten Arbeit war die Etablierung und Validierung einer Zellkultur isolierter equiner endometrialer Epithel- und Stromazellen für morphologische und funk-tionelle Untersuchungen an den einzelnen Zelltypen und ihrer Interaktionen. Ein solches In-vitro-System könnte insbesondere für Studien zur der Pathogenese der Endometrose zum Einsatz kommen. Zu diesem Zweck wurden Endometriumbioptate und Uteri von gynäkologisch unauffälli-gen Stuten entnommen. Die Isolierung der Zellen erfolgte nach mechanischer Zerklei-nerung des Gewebes mittels enzymatischer Verdauung durch Kollagenase. Für die Se-paration und Aufreinigung der Epithel- und Stromazellen kam, nach unbefriedigenden Ergebnissen bezüglich Zellausbeute und –reinheit bei Verwendung der Verfahren allein, eine Kombination aus Filtration, diskontinuierlicher Dichtegradientenzentrifugation und Differenzialadhärenz zum Einsatz. So konnten Kreuzkontaminationen der beiden Zell-fraktionen von ≤ 2 % erreicht werden. Die Kultivierung der so gewonnenen Zellen er-folgte bei 37 °C, in Raumluft mit 5 % CO2 in wasserdampfgesättigter Atmosphäre in RPMI 1640 als Medium mit 10 % fötalem Kälberserum. Der Proliferationsvergleich auf unterschiedlichen Oberflächenbeschichtungen (Kunst-stoff, Kollagen, Matrigel®) zeigte einen Wachstumsvorteil der Epithelzellen auf dem ECM-Substrat Matrigel®. Im Gegensatz zu den stromalen Zellen, deren Wachstum auf dieser gegenüber den anderen Beschichtungen verlangsamt war. Die Stromazellen konnten über 1 Jahr bis zur Passage 19 in Kultur gehalten werden bevor deutliche De-generationserscheinungen auftraten. Bei den epithelialen Zellen war die Subkultivierung nach Trypsinierung nicht erfolgreich. Eine morphologische und funktionelle Charakterisierung der kultivierten Zellen fand mit-tels Lichtmikroskopie mit verschiedenen Färbungen, Immunhistologie sowie Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie statt. Für diesen Zweck erfolgte die Kultivierung der Zellen auf chamber slides und in Matrigel®-beschichteten Membraneinsätzen als Mono- und Kokultur. Die Epithelzellen stellten sich auf unbeschichteten Kunststoffoberflächen als flache, po-lygonale Zellen dar. Bei Bereitstellung von Matrigel® bildeten sie Organoide aus polari-sierten Zellverbänden mit Mikrovilli und Protrusionen an der Oberfläche aus. Als Zellver-bindungen traten Interdigitationen, tight junctions und Desmosomen auf. Im Zytoplas-ma waren neben rauem endoplasmatischen Retikulum, Golgi-Apparat und Mitochond-rien auch Sekretvakuolen zu finden. Immunhistologisch reagierten die Epithelien auch in vitro Zytokeratin-positiv. Dieses Charakteristikum diente als Unterscheidungsmerkmal von den Stromazellen, da nach einer Woche Kulturzeit auch der Vimentinnachweis bei den epithelialen Zellen positiv ausfiel. Progesteron- und Östrogenrezeptoren waren mit-tels Immunhistologie bei beiden kultivierten Zelltypen nicht nachweisbar. Die spindeligen bis sternförmigen Stromazellen wiesen keine Oberflächenmodifikationen auf. Intrazytoplasmatisch waren Mitochondrien, raues endoplasmatische Retikulum und ein Golgi-Apparat nachweisbar. Die stromalen Zellen waren immunhistologisch durch einen Vimentinnachweis gekennzeichnet. Zusätzlich konnte nach wenigen Tagen in der Kultur -Aktin und teils auch Desmin nachgewiesen werden. Diese Differenzierung zu Myofibroblasten trat unter hypoxischen Kulturbedingungen (1 % O2) verstärkt auf. Die morphologische und immunhistologische Charakterisierung zeigte, dass die Diffe-renzierung sowohl der epithelialen als auch der stromalen Zellen unter den eingesetzten Kulturbedingungen der von Endometrose betroffenen Zellen oder den Zellen in inakti-ven Endometrien während des Winteranöstrus in situ ähnelt. Die etablierte Zellkultur equiner endometrialer Epithel- und Stromazellen aus Biopsiema-terial bildet die Grundlage für morphologische und funktionelle Untersuchungen an den einzelnen Zelltypen und ihrer Interaktionen zur Erforschung der Pathogenese der En-dometrose. Aus praktischer und ethischer (tierschutzrechtlicher) Sicht bietet sie eine hervorragende Möglichkeit experimenteller Untersuchungen an endometrialen Zellen der Stute.

Derzeit fehlen detaillierte Informationen über die Beteiligung submuköser Neuronen an der Regulation der epithelialen Barriere im proximalen Colon des Schweines. Das erste Ziel der vorliegenden Arbeit war, die neurochemische Kodierung des inneren und äußeren submukösen Plexus (ISMP und ASMP) in diesem Darmabschnitt zu untersuchen. Dies bezeichnet deren Eigenschaft, entsprechend ihrer jeweiligen Funktion, eine individuelle Kombination von mehreren Neurotransmittern zu exprimieren. Mittels immunhistochemischer Färbungen wurde die Anzahl von Neuronen ermittelt, welche Acetylcholin (Detektion via Cholin-Acetyl-Transferase (ChAT)), Stickstoffmonoxid ((NO) Detektion via neuronaler Stickstoffmonoxid-Synthase (NOS)), Neuropeptid Y (NPY), Somatostatin (SOM), Substanz P (SP) und vasoaktives intestinales Polypeptid (VIP) freisetzen können. Das zweite Ziel war es, ein Modellsystem zu entwickeln, in dem man die Wirkung der freigesetzten Neurotransmitter auf die Darmepithelzellen untersuchen kann. Hierzu wurde ein Protokoll zur in vitro-Kultivierung porziner Colon-Epithelzellen (CEZ) etabliert, welche die strukturellen Eigenschaften des polarisierten Colonepithels in vivo aufweisen. Als Parameter für die Barrierefunktion der CEZ diente der transepitheliale elektrische Widerstand (TEER). Weiterhin wurde die Proliferationsaktivität der CEZ unter Neurotransmitter-Einfluss mittels Bromodesoxyuridin-ELISA bestimmt. Die Untersuchungen zur neurochemischen Kodierung offenbarten deutliche Unterschiede zwischen den beiden submukösen Plexūs. Während im ISMP überwiegend cholinerge und SP-positive Neurone zu finden waren, konnte im ASMP für jeden untersuchten Neurotransmitter mindestens ein Neuron pro Ganglion detektiert werden. Primäre CEZ konnten mittels Dispase bei 4°C isoliert und in Dulbecco's Modified Eagle's Medium (4,5 g/L Glukose, 10 % Kälberserum) kultiviert werden. Der epitheliale Charakter der kultivierten Zellen konnte immunhistochemisch anhand der Expression des Tight junction-assoziierten Proteins Zonula occludens 1 und Epithelzell-typischen Cytokeratinen verifiziert werden. Die strukturelle und funktionelle Polarisierung der kultivierten CEZ war mittels Elektronen- und konfokal-mikroskopischen Aufnahmen als auch transepithelialen Potentialmessungen nachweisbar. NPY, SOM, SP und VIP übten keinen langfristigen Einfluss auf TEER und Proliferationsaktivität der CEZ aus. Im Gegensatz dazu steigerte der cholinerge Agonist Carbachol (CA) deutlich den TEER und hemmte leicht die Proliferationsaktivität der CEZ im Vergleich zu unbehandelten Zellen. Der Effekt war jedoch nicht eindeutig konzentrationsabhängig. Der muskarinerge Rezeptorantagonist Atropin verhinderte nicht nur die CA-induzierten Effekte, sondern reduzierte selbst signifikant den TEER-Werte der CEZ. Dies weist auf eine autokrine Regulation der CEZ durch endogenes Acetylcholin hin. Die Applikation niedrigerer Konzentrationen des NO-Donors Sodium-Nitroprussid (SNP) erhöhte den TEER der CEZ gegenüber der unbehandelten Kontrolle, während höhere SNP-Dosen den TEER senkten. Es wurden klare Indizien für die Beteiligung cholinerger ISMP-Neurone an der Kontrolle mukosaler Prozesse in vivo gefunden. NO scheint ebenfalls einen Effekt auf die epithelialen Barriere, zu haben, allerdings sind submuköse Neuronen als direkte Quelle unwahrscheinlich.:I. Inhaltsverzeichnis 1 II. Abkürzungen xi 1. Einleitung 1 1.1. Aufbau der epithelialen Barriere im Colon 2 1.2. Tight Junctions (TJs) 4 1.3. Der transepitheliale elektrische Widerstand als Parameter der epithelialen Integrität 7 1.4. Bau und Struktur des Enterischen Nervensystems (ENS) 10 1.5. Neurochemische Kodierung 13 1.6. Funktionen des ENS 17 1.7. Das ENS als möglicher Regulator epithelialer Funktionen 18 2. Zielstellung 23 3. Material und Methoden 25 3.1. Versuchstiere und Organentnahme 25 3.2. Versuchsabschnitt: Analyse der neurochemischen Kodierung im submukösen Plexus des porzinen proximalen Colons 25 3.2.1. Gewebekultur 25 3.2.2. Gewebepräparation 26 3.2.3. Immunhistochemie 26 3.2.4. Spezifität der Antikörper 28 3.2.5. NADPH-Diaphorase-Färbung 28 3.2.6. Bestimmung der neuronalen Dichte 29 3.2.7. Bestimmung der absoluten Häufigkeiten immunreaktiver Neurone 29 3.2.8. Analyse der neurochemischen Kodierung 29 3.2.9. Gefrierschnitte 31 3.2.10. Statistische Auswertung 32 3.3. Versuchsabschnitt: Einfluss submuköser Neurotransmitter auf den TEER und die Proliferation im porzinen Colonepithel 33 3.3.1. Etablierung einer primären Colon-Epithelzellkultur 33 3.3.1.1. Isolation von Colonepithelzellen mit Dispase II 33 3.3.1.2. Zellkulturmedien 34 3.3.1.3. Aussaat 35 3.3.1.4. Messungen des transepithelialen elektrischen Widerstandes (TEER) 35 3.3.1.5. Potentialmessungen 37 3.3.1.6. Proliferationsassay 38 3.3.1.7. Immunhistochemische Färbungen von kultivierten Colonepithelzellen 38 3.3.1.8. Mikroskopische Analyse der Präparate 40 3.3.1.9. Beurteilung der ZO-1/Fibronektin-Konfluenz 40 3.3.1.10. Konfokal-Mikroskopie 40 3.3.1.11. Rasterelektronenmikroskopie (REM) 40 3.3.1.12. Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) 40 3.3.2. Untersuchung des Einflusses von enterischen Neurotransmittern auf den TEER und die Proliferation primär kultivierter, porziner Colonepithelzellen 41 3.3.2.1. Einfluss enterischer Neurotransmitter auf den TEER kultivierter CEZ 41 3.3.2.2. Einfluss enterischer Neurotransmitter auf die Proliferation von kultivierten CEZ 42 3.3.2.3. Molekularbiologische Analyse 42 3.3.2.4. Darstellung der Ergebnisse und Statistische Auswertung 44 4. Ergebnisse 47 4.1. Analyse der neurochemischen Kodierung im submukösen Plexus des porzinen proximalen Colons 47 4.1.1. Neuronale Dichte und allgemeine Struktur der submukösen Plexūs im porzinen Colon 47 4.1.2. Absolute Anzahl immunreaktiver Neurone im submukösen Plexus des porzinen Colons 48 4.1.3. Neurochemisch identifizierte Subpopulationen im ISMP 53 4.1.4. Neurochemisch identifizierte Subpopulationen im ASMP 56 4.1.5. Projektionen neuronaler Fasern 57 4.1.6. Zusammenfassung der Ergebnisse des ersten Versuchsabschnittes 62 4.2. Einfluss submuköser Neurotransmitter auf den TEER und die Proliferation im porzinen Colon 63 4.2.1. Etablierung und Charakterisierung einer primären Colon-Epithelzellkultur 63 4.2.1.1. Zellkulturmedien 63 4.2.1.2. Modulierbarkeit des TEER 69 4.2.1.2. Epithelialer Charakter der kultivierten CEZ 71 4.2.1.3. Korrelation von TEER und CEZ- bzw. Fibroblasten-Konfluenz 73 4.2.1.4. Polarisierung der kultivierte CEZ 76 4.2.2. Untersuchung des Einflusses von enterischen Neurotransmittern auf den TEER und die Proliferation von primär kultivierten, porzinen Colonepithelzellen 82 4.2.2.1. Einfluss enterischer Neurotransmitter auf den TEER kultivierter CEZ 82 4.2.2.2. Einfluss enterischer Neurotransmitter auf die Proliferation von kultivierten CEZ 86 4.2.2.3. Modulation des Carbachol-Effektes auf den TEER und die Proliferation von kultivierten CEZ 88 4.2.2.4. Molekularbiologische Analyse 91 5. Diskussion 93 5.1. Analyse der neurochemischen Kodierung im submukösen Plexus des porzinen proximalen Colons 93 5.1.1. Methodische Aspekte 93 5.1.2. Allgemeine Struktur und neuronale Dichte der submukösen Plexūs im porzinen Colon 94 5.1.3. Neurochemische Kodierung im ISMP des porzinen Colons 96 5.1.3.1. ACh/ChAT im ISMP 97 5.1.3.2. SP im ISMP 97 5.1.3.3. nNOS im ISMP 98 5.1.3.4. VIP im ISMP 99 5.1.3.5. SOM im ISMP 100 5.1.3.6. NPY im ISMP 101 5.1.4. Neurochemische Kodierung im ASMP des porzinen Colons 101 5.1.4.1. ACh/ChAT und SP im ASMP 102 5.1.4.2. nNOS im ASMP 103 5.1.4.3. VIP im ASMP 104 5.1.4.4. SOM im ASMP 104 5.1.4.5. NPY im ASMP 105 5.1.5. Nicht identifizierte Neurone 105 5.1.6. Vergleich zur Situation im humanen Colon 106 5.2. Einfluss submuköser Neurotransmitter auf den TEER und die Proliferation im porzinen Colon 109 5.2.1. Etablierung einer primären Colon-Epithelzellkultur 109 5.2.1.1. Isolationsmethoden und Zellkulturmedien 109 5.2.1.2. Epithelialer Charakter der kultivierten CEZ 115 5.2.2. Untersuchung des Einflusses enterischer Neurotransmitter auf den TEER und die Proliferation von primär kultivierten porzinen Colonepithelzellen 117 5.2.2.1. TEER unbehandelter Zellen 117 5.2.2.2. Carbachol-Effekte 118 5.2.2.2.1. Einfluss von Carbachol auf den TEER-Wert 118 5.2.2.2.2. Einfluss von Carbachol auf die Proliferation 122 5.2.2.3. NO-Effekte 123 5.2.2.3.1. Einfluss von SNP auf den TEER-Wert 123 5.2.2.3.2. TEER-Anstieg unter niedrigen SNP-Konzentrationen 124 5.2.2.3.3. TEER-Senkung unter höheren SNP-Konzentrationen 126 5.2.2.3.4. Einfluss von SNP auf die Proliferation 130 5.2.2.3.5. Quelle für NO in vivo 130 5.2.2.4. Effekte von NPY, Substanz P, Somatostatin und VIP 133 6. Zusammenfassung 139 7. Summary 145 8. Literaturverzeichnis 151 9. Selbstständigkeitserklärung 167 10. Wissenschaftlicher Werdegang 169 12. Danksagung 175

Zielsetzung der vorgestellten Arbeit war die Etablierung und Validierung einer Zellkultur isolierter equiner endometrialer Epithel- und Stromazellen für morphologische und funk-tionelle Untersuchungen an den einzelnen Zelltypen und ihrer Interaktionen. Ein solches In-vitro-System könnte insbesondere für Studien zur der Pathogenese der Endometrose zum Einsatz kommen. Zu diesem Zweck wurden Endometriumbioptate und Uteri von gynäkologisch unauffälli-gen Stuten entnommen. Die Isolierung der Zellen erfolgte nach mechanischer Zerklei-nerung des Gewebes mittels enzymatischer Verdauung durch Kollagenase. Für die Se-paration und Aufreinigung der Epithel- und Stromazellen kam, nach unbefriedigenden Ergebnissen bezüglich Zellausbeute und –reinheit bei Verwendung der Verfahren allein, eine Kombination aus Filtration, diskontinuierlicher Dichtegradientenzentrifugation und Differenzialadhärenz zum Einsatz. So konnten Kreuzkontaminationen der beiden Zell-fraktionen von ≤ 2 % erreicht werden. Die Kultivierung der so gewonnenen Zellen er-folgte bei 37 °C, in Raumluft mit 5 % CO2 in wasserdampfgesättigter Atmosphäre in RPMI 1640 als Medium mit 10 % fötalem Kälberserum. Der Proliferationsvergleich auf unterschiedlichen Oberflächenbeschichtungen (Kunst-stoff, Kollagen, Matrigel®) zeigte einen Wachstumsvorteil der Epithelzellen auf dem ECM-Substrat Matrigel®. Im Gegensatz zu den stromalen Zellen, deren Wachstum auf dieser gegenüber den anderen Beschichtungen verlangsamt war. Die Stromazellen konnten über 1 Jahr bis zur Passage 19 in Kultur gehalten werden bevor deutliche De-generationserscheinungen auftraten. Bei den epithelialen Zellen war die Subkultivierung nach Trypsinierung nicht erfolgreich. Eine morphologische und funktionelle Charakterisierung der kultivierten Zellen fand mit-tels Lichtmikroskopie mit verschiedenen Färbungen, Immunhistologie sowie Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie statt. Für diesen Zweck erfolgte die Kultivierung der Zellen auf chamber slides und in Matrigel®-beschichteten Membraneinsätzen als Mono- und Kokultur. Die Epithelzellen stellten sich auf unbeschichteten Kunststoffoberflächen als flache, po-lygonale Zellen dar. Bei Bereitstellung von Matrigel® bildeten sie Organoide aus polari-sierten Zellverbänden mit Mikrovilli und Protrusionen an der Oberfläche aus. Als Zellver-bindungen traten Interdigitationen, tight junctions und Desmosomen auf. Im Zytoplas-ma waren neben rauem endoplasmatischen Retikulum, Golgi-Apparat und Mitochond-rien auch Sekretvakuolen zu finden. Immunhistologisch reagierten die Epithelien auch in vitro Zytokeratin-positiv. Dieses Charakteristikum diente als Unterscheidungsmerkmal von den Stromazellen, da nach einer Woche Kulturzeit auch der Vimentinnachweis bei den epithelialen Zellen positiv ausfiel. Progesteron- und Östrogenrezeptoren waren mit-tels Immunhistologie bei beiden kultivierten Zelltypen nicht nachweisbar. Die spindeligen bis sternförmigen Stromazellen wiesen keine Oberflächenmodifikationen auf. Intrazytoplasmatisch waren Mitochondrien, raues endoplasmatische Retikulum und ein Golgi-Apparat nachweisbar. Die stromalen Zellen waren immunhistologisch durch einen Vimentinnachweis gekennzeichnet. Zusätzlich konnte nach wenigen Tagen in der Kultur -Aktin und teils auch Desmin nachgewiesen werden. Diese Differenzierung zu Myofibroblasten trat unter hypoxischen Kulturbedingungen (1 % O2) verstärkt auf. Die morphologische und immunhistologische Charakterisierung zeigte, dass die Diffe-renzierung sowohl der epithelialen als auch der stromalen Zellen unter den eingesetzten Kulturbedingungen der von Endometrose betroffenen Zellen oder den Zellen in inakti-ven Endometrien während des Winteranöstrus in situ ähnelt. Die etablierte Zellkultur equiner endometrialer Epithel- und Stromazellen aus Biopsiema-terial bildet die Grundlage für morphologische und funktionelle Untersuchungen an den einzelnen Zelltypen und ihrer Interaktionen zur Erforschung der Pathogenese der En-dometrose. Aus praktischer und ethischer (tierschutzrechtlicher) Sicht bietet sie eine hervorragende Möglichkeit experimenteller Untersuchungen an endometrialen Zellen der Stute.

Ziel dieser Studie war die Etablierung einer Kokultur aus equinen endometrialen Epithel- und Stromazellen. Nach der erfolgreichen Umsetzung des Kokulturmodells sollte im weiteren Versuchsablauf durch die Zugabe von 17β-Östradiol (E2) und/oder Progesteron (P4) zum Nährmedium der Einfluss der Hormone auf die Zellen untersucht werden. Neben einer lichtmikroskopischen Auswertung der zytomorphologischen Charakteristika beider Zellarten sollte die Expression der Steroidhormonrezeptoren Östrogenrezeptor α und Progesteronre-zeptor sowie der uterinen Proteine Uteroglobin und CalbindinD9k immunzytologisch überprüft werden. Für die Etablierung der Kokultur wurden Endometriumproben von lebenden (n = 5) sowie frischtoten (n = 4) Stuten gewonnen. Eine jeweils parallel entnommene Gewebeprobe von jedem Tier wurde in Formalin fixiert und diente als Referenzmaterial (in situ). Auf die Zelliso-lierung (mechanisch und enzymatisch) folgte die Separation von Epithel- und Stromazellen (EZ/SZ) mittels Filtration, Dichtegradientenzentrifugation und Differenzialadhärenz. An-schließend wurden die EZ auf die Außenseite von Millicell®-Membraneinsätzen aufgebracht. Nach zwei Tagen erfolgte das Einsäen der bis zu diesem Zeitpunkt separat kultivierten SZ auf die Innenseite der Membranen. Als Nährmedium diente ein Gemisch aus DMEM und Ham’s F-12, wobei diesem 2,5 % fötales Kälberserum sowie verschiedene Additive zugesetzt wurden. Ab Kulturtag 4 wurden dem Medium definierte Konzentrationen und Kombinationen von E2 und P4 zugesetzt. Die Kultivierung erfolgte bei einem CO2-Partialdruck von 5 % in 37 °C warmer wasserdampfgesättigter Raumluft. Mit der polarisationsmikroskopisch er-fassbaren Ausbildung durchgehender Zellrasen („scheinbare Konfluenz“) wurden die Kokul-turen in Formalin fixiert und für die Lichtmikroskopie aufgearbeitet. Das Ausgangsgewebe zeigte mehrheitlich eine sekretorische Funktionsmorphologie (n = 6). Einzelne Endometrien befanden sich in einem Übergangsstadium von der Sekretions- zur Proliferationsphase (n = 1), bzw. vice versa (n = 1) oder wiesen eine irregulär proliferative Differenzierung (n = 1) auf. Im Rahmen der Kokultivierung bildeten die EZ innerhalb der Schnittebene vier und die SZ drei verschiedene morphologische Zelltypen aus. Dabei traten rundovale bis polygonale EZ (Typ 1) selten bis gelegentlich, spindelförmige EZ (Typ 2) gelegentlich bis häufig und iso-prismatische (Typ 3) sowie mehrschichtig wachsende EZ (Typ M) jeweils selten auf. Die SZ zeigten innerhalb der Schnittebene selten eine rundovale bis polygonale Zellform (Typ 1), sehr häufig eine spindelförmige Morphologie (Typ 2) und selten ein mehrschichtiges Wachstum (Typ M). Ein Zusammenhang zwischen der endometrialen Funktionsmorphologie zum Zeitpunkt der Zellisolierung oder dem Hormonzusatz und der Häufigkeitsverteilung der Zell-typen sowie der Wachstumsgeschwindigkeit der kultivierten Zellen war nicht offensichtlich. Zytokeratin 19 wurde stets von EZ exprimiert, während es auf Seiten der SZ nur sporadisch in maximal 5 % der Zellen im Bereich mehrschichtig wachsender Zellrasen auftrat. Die Stero-idhormonrezeptoren konnten lediglich in einzelnen Kokulturen aus sekretorisch differenzier-tem Ausgangsgewebe detektiert werden. Uteroglobin wurde in vitro mit einer variablen Häufigkeit in den EZ-Typen exprimiert. Während ein übergreifender Zusammenhang zur hormonellen Supplementierung nicht abgeleitet werden konnte, wurde jedoch ersichtlich, dass im Bereich einschichtig wachsender EZ in Ansätzen aus sekretorisch differenzierten Endometrien unter niedrigen Hormondosen (Zusatz von entweder nur E2 oder nur P4) im Median häufiger Uteroglobin exprimiert wurde. Mit zunehmender Hormonkonzentration im Medium nahm der Anteil immunopositiver Zellen (Typen 1, 2 und 3) deutlich ab. Innerhalb der Stromazellpopulation wurde Uteroglobin selten und ausschließlich in Zellen aus sekretorisch differenziertem Ausgangsmaterial nachgewiesen. CalbindinD9k wurde in vitro vornehmlich intrazytoplasmatisch und sehr vereinzelt intranukleär exprimiert. Insgesamt konnte das Protein in vitro stets in wenigen Typ-1-EZ, sehr selten in Typ-2-EZ und in einer geringen bis mäßigen Anzahl von Typ-3- und Typ-M-EZ beobachtet werden. Innerhalb der Stromazellpo-pulation trat CalbindinD9k ausschließlich in einer geringen (Endometrien aus dem Östrus) bis mäßigen (Endometrien aus dem Interöstrus) Anzahl der Typ-2- und wenigen Typ-M-SZ auf. Insgesamt wurden keine deutlichen Einflüsse der endometrialen Funktionsmorphologie zum Zeitpunkt der Zellisolierung und/oder der hormonellen Supplementierung in vitro auf die im-munzytologischen Charakteristika der kokultivierten Zellen ersichtlich. Abschließend betrachtet, konnte ein Kokultursystem equiner endometrialer Epithel- und Stromazellen erfolgreich etabliert und charakterisiert werden. Es bietet dabei, trotz der z. T. fehlenden Kongruenz zu den Gegebenheiten in situ, Ansätze für potenzielle Folgearbeiten, insbesondere hinsichtlich der Erfassung interzellulärer Wechselwirkungen sowie bezüglich der Vermittlung und Wirkung hormoneller Einflüsse auf zellulärer Ebene. / The aim of the present study was the establishment of a coculture system of equine endome-trial epithelial and stromal cells. Subsequent to the successful development of the coculture model the culture medium should be supplemented with 17β-estradiol (E2) and/or progester-one (P4) in order to study the influence of the hormones on the cellular level. In addition to the examination of cytomorphological characteristics of both cell types via light microscopy, the expression of the steroid hormone receptors (estrogen receptor α and progesterone receptor) as well as of the uterine proteins Uteroglobin and CalbindinD9k was investigated. For the establishment of the coculture system endometrial samples were obtained from living (n = 5) as well as freshly deceased mares (n = 4). A simultaneously taken tissue specimen of each animal was fixed in formalin and served as in situ reference material. After an initial mechanical and enzymatical isolation the epithelial and stromal cells (EC/SC) were separat-ed via filtration, density gradient centrifugation and differential adhesion. Subsequently, the EC were applied to the outer surface of Millicell® inserts. The SC were cultivated separately for 2 days before they were seeded onto the inner surface of the same insert. The culture medium used was comprised of a DMEM and Ham‘s F-12 basis as well as 2.5 % foetal calf serum and different additives. Starting on day 4 of cultivation the standardised medium was supplemented with different concentrations and combinations of E2 and P4. Throughout the study the cultures were kept in a humidified atmosphere of 37°C and a 5 % partial pressure of carbon dioxide. Once the cocultures formed continuous cell layers, as determined via a polarisation microscope (“apparent confluency”), the membranes were fixed in formalin and routinely processed for light microscopical evaluation. The initial tissue samples predominantly showed a secretory functional morphology (n = 6), while single specimens were obtained during the transition from the secretory to the prolifera-tive phase (n = 1) or vice versa (n = 1). One endometrial sample exhibited an irregular proli-ferative differentiation. In the course of cocultivation the EC formed 4 and the SC 3 different cellular morphologies within the section plane. EC with a round-oval to polygonal cell form (type 1) were rarely to occasionally encountered, while spindle-shaped EC (type 2) were occasionally to frequently seen and EC with a cuboidal morphology (type 3) as well as such cells growing in stratified layers (type M) were only infrequently detected. The SC only rarely showed a round-oval to polygonal cell form (type 1) or areas of a stratified cell growth (type M), whereas spindle-shaped SC (type 2) were observed very often. A correlation of the endometrial functional morphology at the time of cell isolation or the hormonal supplementation and the frequency distribution of the cell types as well as the growth rate of the cultivated cells was not evident. The EC always expressed Cytokeratin 19, while on the side of the SC only up to 5 % of the cells in areas of stratified cell growth exhibited this filament. Solely in individual cocultures from secretory differentiated endometrial tissue the steroid hormone receptors could be de-tected. Uteroglobin was expressed in vitro in EC with a variable frequency. An overall corre-lation of the hormonal supplementation and the Uteroglobin expression could not be derived. However, under low hormone doses (only E2 or only P4 supplement) Uteroglobin was detect-ed in EC in areas of single-layered cell growth more often (median value). With an increase in hormone concentration the amount of immunopositive cells (types 1, 2 and 3) diminished noticeably. In SC the protein could only rarely be seen and exclusively in cells from endome-tria with a secretory functional morphology. In vitro CalbindinD9k was predominantly detected intracytoplasmatically, while single cells showed an additional intranuclear expression. Alto-gether, CalbindinD9k could always be observed in a few type-1-EC, rarely in type-2-EC and with a variable frequency in small to moderate numbers of type-3- and type-M-EC. In SC the protein was exclusively expressed in a small (endometrial samples form the oestrous phase) to moderate (endometrial tissue from the interoestrous phase) number of type-2-SC and a few type-M-SC. Generally, no distinct influence of the endometrial functional morphology at the time of tissue sampling and/or of the hormonal supplementation in vitro on the immuno-cytochemical characteristics of the cocultured cells could be observed. In summary, a coculture system of primary equine endometrial epithelial and stromal cells was successfully established and characterised. Despite of the partly absent congruence to the in situ conditions/prerequisites, the present study offers a basic approach and scaffold for further investigations, particularly regarding the ascertainment of intercellular dependencies or the mediation and effectiveness of hormonal influences on the cellular level.

The structure and functions of lipid rafts and the mechanisms of intracellular membrane trafficking are major topics in current cell biological research. Rafts have been proposed to act as sorting platforms during biosynthetic transport, especially along pathways that deliver proteins to the apical membrane of polarised cells. Based on this, the aim of this work was to contribute to the understanding of apical sorting in epithelial cells. The study of how lipid rafts are structured has been hampered by the scarcity of techniques for their purification. Rafts are thought to be partially resistant to solubilisation by mild detergents, which has made the isolation of detergent-resistant membranes (DRMs) the primary method to characterise them biochemically. While a growing number of detergents is being used to prepare DRMs, it is not clear what can be inferred about the native structure of cell membranes from the composition of different DRMs. This issue was addressed by an analysis of DRMs prepared with a variety of mild detergents. The protein and lipid content of different DRMs from two cell lines, Madin-Darby canine kidney (MDCK) and Jurkat cells, was compared. It was shown that the detergents differed considerably in their ability to selectively solubilise membrane proteins and lipids. These results make it unlikely that different DRMs reflect the same underlying principle of membrane organisation. Another obstacle for understanding apical sorting is that the evidence implicating certain proteins in this process has come from various disparate approaches. It would be helpful to re-examine the putative components of the apical sorting machinery in a single experimental system. To this end, a retroviral system for RNA interference (RNAi) in MDCK cells was established. Efficient suppression of thirteen genes was achieved by retroviral co-expression of short hairpin RNAs and a selectable marker. In addition, the system was extended to simultaneously target two genes, giving rise to double knockdowns.Retroviral RNAi was applied to deplete proteins implicated in apical sorting. Surprisingly, none of the knockdowns analysed caused defects in surface delivery of influenza virus hemagglutinin, a common marker protein for apical transport. Therefore, none of the proteins examined is absolutely required for transport to the apical membrane of MDCK cells. Cells may adapt to the depletion of proteins involved in membrane trafficking by activating alternative pathways. To avoid such adaptation, a visual transport assay was established. It is based on the adenoviral expression of fluorescent marker proteins whose surface transport can be followed microscopically as soon as RNAi has become effective. With this assay, it should now be possible to screen the knockdowns for defects in surface transport. Taken together, this work has provided a number of experimental tools for the study of membrane trafficking in epithelial cells. First, the biochemical analysis of DRMs highlighted that DRMs obtained with different detergents are unlikely to correspond to distinct types of membrane microdomains in cell membranes. Second, the retroviral RNAi system should be valuable for defining the function of proteins, not only in membrane transport, but also in processes like epithelial polarisation. Third, the visual assay for monitoring the surface transport of adenovirally expressed marker proteins should be suitable to detect defects in polarised sorting.

Die Kultivierung equiner Trachealepithelzellen stellt ein nützliches Modell dar, die (patho)-physiologischen Mechanismen der obstruktiven Atemwegserkrankungen des Pferdes auf zellulärer Ebene zu untersuchen. Ziel dieser Arbeit war es, Methoden für die Isolation, Charakterisierung und weitergehende Kultivierung equiner Trachealepithelzellen (ETEZ) zu etablieren und validieren und die Expression und Funktionalität der beta-adrenergen Rezeptoren an frisch isolierten ETEZ und deren Primärkulturen mittels pharmakologischer und biochemischer Verfahrenstechniken zu analysieren. Epithelzellen wurden durch Trypsinverdau aus der Trachea gesunder Pferde gewonnen, indem zuerst die Mukosa der Trachea freigelegt und diese dann vom daruntergelegenen Bindegewebe stumpf getrennt wurde. Das gewonnene Gewebe wurde zerkleinert und enzymatisch mit 0,25% Trypsin-EDTA-Lösung für 2 h bei 37°C verdaut. Durch Siebung und Zentrifugation wurden die Zellen gereinigt, vereinzelt und gesammelt, wobei kontaminierende Fibroblasten später durch differentielle Adhäsion von den Epithelzellen getrennt wurden. Die isolierten Zellen wurden sowohl licht- bzw. elektronenmikroskopisch charakterisiert, als auch immunzytochemisch hinsichtlich Zytokeratin (für Epithelzellen) und Vimentin (für Fibroblasten) gefärbt. Die durchschnittliche Zellausbeute wurde mit der Neubauer-Zählkammer bestimmt und betrug 6,10 ± 0,63×106 Zellen pro 500 mg zerkleinertem Gewebe (n = 11). Die Zellvitalität wurde mittels Trypanblau-Färbung ermittelt und betrug 94,70 ± 1,17% (n = 11). Immunfluoreszensfärbungen zeigten, dass 93,57 ± 1,67% (n = 11) der frisch isolierten Zellen und ca. 100% (n = 5) der Primärkulturen auf Zytokeratin 5/6/18 positiv reagierten. Auf Anti-Vimentin reagierten dagegen nur 9,83 ± 0,94% (n = 11) der Zellen positiv. Die Zellen wurden in einer Dichte von 6,90 x 104 Zellen/cm2 in serumfreiem AECGM ausgesät und bildeten innerhalb einer Woche einen konfluenten Monolayer. Die konfluenten Zellen wurden mittels Dispase II abgelöst. Die erste (P1) und die zweite (P2) Passage konnte erfolgreich in serumfreien AECGM kultiviert und auf der Stufe P2 30 Tage lang gehalten werden. Weitethin wurden die Expression und Funktionalität der b-adrenergen Rezeptoren in frisch isolierten und kultivierten Epithelzellen untersucht. Mittels Radioligandenbindungsstudien, Westernblot, Immunfluoreszensfärbung und cAMP-Assays konnten erstmalig die Dichte, Affinität, Subtypen, Proteinexpression und zelluläre Lokalisation der beta-adrenergen Rezeptoren sowie die Rezeptorfunktion bestimmt werden. Messungen an frisch isolierten ETEZ ergaben für die mittlere Dissoziationskonstante (KD) von 31,78 ± 6,57 pM (n = 7) und eine maximale b-adrenerge Rezeptordichte (BMax) von 12727 ± 883,6 Bindungsstellen/Zelle (n = 7) ermittelt aus Sättigungsexperimenten mit dem b-adrenergen Rezeptorantagonisten [125I] Iodocyanopindolol (ICYP) in Anwesenheit des nicht selektiven beta-Rezeptorantagonisten (±)-CGP 12177. Für Primärkulturen ergaben sich Werte für KD von 15,26 ± 3,37 pM (n =6) und für BMax von 3730 ± 212 Bindungsstellen/Zelle (n = 6). Bei Verdrängungsexperimenten wurde die ICYP konzentrationsabhängig durch den beta2-selektiven Rezeptorantagonisten ICI 118.551 und den beta1-selektiven Rezeptorantagonisten CGP 20712A verdrängt, wobei für ICI 118.551 eine 10.000-fach höhere Affinität (Ki = 1,74 ± 0,15 nM in frisch-isolierten Zellen und 1,19 ± 0,41 nM in Primärkultur) gezeigt wurde als für CGP 20712A (Ki = 17 ± 7,90 μM in frisch isolierten Zellen). Die cAMP-Bildung wurde in frisch isolierten ETEZ konzentrationsabhängig durch die beta-adrenergen Rezeptoragonisten Isoproterenol, Epinephrin und Norepinephrin in der Reihenfolge ihrer Potenz mit einer EC50 von 58 nM (n = 6), 13,60 μM (n = 6) bzw. 0,43 mM (n = 6) stimuliert. Diese cAMP-Bildung konnte durch Behandlung der Zellen mit 100 nM der beta2-selektiven ICI 118.551, nicht aber durch 300 nM des beta1-selektiven CGP 20712A blockiert werden. Mit einem beta2-adrenergen Rezeptorantikörper konnte eine 72 kDa Proteinbande und mit demselben Antikörper in der Fluoreszenzfärbung Rezeptorantigene auf der Zelloberfläche nachgewiesen werden. Zusammenfassend konnten mit dem etablierten Protokoll große Mengen equiner Trachealepithelzellen isoliert und kultiviert werden. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen erstmalig, dass primäre equine Trachealepithelzellen funktionale beta2-adrenerge Rezeptoren exprimieren und das Protokoll zur Etablierung eines zellbasierten Modells geeignet ist, um in vitro verschiedene Funktionen und eine Pharmaka-induzierte Regulation der beta-adrenergen Signalkaskade hinsichtlich physiologischer und pathophysiologischer Zustände bei Atemwegserkrankungen des Pferdes und hierfür relevante pharmakologische und toxikologische Zielstrukturen untersuchen zu können.

Aims: T1α/(podoplanin) is abundantly expressed in the alveolar epithelial type I cells (ATI) of rodent and human lungs. Caveolin-1 is a classical primary structural protein of plasmalemal invaginations, so-called caveolae, which represent specialized lipid rafts, and which are particularly abundant in ATI cells. The biological functions of T1α in the alveolar epithelium are unknown. Here we report on the characteristics of raft domains in the microplicae/microvillar protrusions of ATI cells, which contain T1α. Methods: Detergent resistant membranes (DRMs) from cell lysates of the mouse epithelial ATI-like cell line E10 were prepared using different detergents followed by flotation in a sucrose gradient and tested by Western and dot blots with raft markers (caveolin-1, GM1) and nonraft markers (transferrin receptor, PDI and β-Cop). Immunocytochemistry was employed for the localization of T1α in E10 cells and in situ in rat lungs. Results: Our biochemical results showed that the solubility or insolubility of T1α and caveolin-1 differs in Triton X-100 and Lubrol WX, two distinct non-ionic detergents. Caveolin-1 was unsoluble in both detergents, whereas T1α was Triton X-100 soluble but Lubrol WX insoluble. Immunofluorescence double stainings revealed that both proteins were colocalized with GM1, while caveolin-1 and T1α were not colocalized in the plasma membrane. Cholesterol depletion modified the segregation of T1α in Lubrol WX DRMs. Cellular processes in ultrathin sections of cultured mouse E10 cells were immunogold positive. Immunoelectron microscopy (postembedding) of rat lung tissue revealed the preferential localization of T1α on apical microvillar protrusions of ATI cells. Conclusion: We conclude that T1α and caveolin-1 are located in distinct plasma membrane microdomains, which differ in their protein-lipid interactions. The raft-associated distribution of T1α may have an impact on a specific, not yet clarified function of this protein in the alveolar epithelium. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

In multizellulären Organismen bilden Epithel- und Endothelzellen die äußere Begrenzung innerer und äußerer Körperoberflächen bzw. kleiden die Blutgefäße aus. So schaffen sie abgegrenzte Organkompartimente mit individuellen, der jeweiligen Funktion angepassten Bedingungen. Dazu muss die parazelluläre Diffusion von Stoffen eingeschränkt werden. Die Abdichtung des parazellulären Spalts erfolgt durch tight junctions (TJ). Claudine (Cld) bilden das strukturelle Rückgrat der TJ. Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmalig gezeigt, dass einzelne Aminosäuren der zweiten extrazellulären Schleife (2. EZS) eines Claudins für die parazelluläre Dichtigkeit essentiell sind. Da endogene TJ-Stränge fast ausschließlich aus mindestens zwei verschiedenen Claudinen aufgebaut sind, wurde die Wirkung von Aminosäuresubstitutionen in der 2. EZS von Cld5 auf die parazelluläre Dichtigkeit in einer claudinheterogenen Umgebung analysiert. Dafür wurden verschiedene Cld5-Mutanten stabil in MDCK-II-Zellen exprimiert. Die Aminosäuresubstitutionen in der 2. EZS von Cld5 führten nicht nur zum Verlust der durch Cld5wt bedingten parazellulären Abdichtung, sondern darüber hinaus zu einer geringeren parazellulären Dichtigkeit im Vergleich zur Vektorkontrolle. In einem weiteren Teil dieser Arbeit wurde mit einem Peptid, dessen Sequenz der C-terminalen Hälfte der 1. EZS von Cld1 entsprach (Cld153-81), eine reversible Öffnung der TJ von epithelialen Zelllinien erzielt. Mit dem N-terminal verkürzten Clostridium perfringens Enterotoxin-Fragment CPE194-319 wurde ebenfalls eine Reduktion der parazellulären Dichtigkeit von Epithelzellen erzielt. Insgesamt tragen die Untersuchungen dieser Arbeit zu einem besseren Verständnis der durch Claudine vermittelten Abdichtung des parazellulären Spalts bei. Darüber hinaus bieten Cld153-81 und CPE194-319 neue Perspektiven für eine gezielte therapeutische Öffnung der TJ, um beispielsweise die Wirkstoffzufuhr ins Gehirn zu verbessern. / Epithelial and endothelial cells form the external lining of outer and inner body surfaces and blood vessels of multicellular organisms. Thus, they create separate compartments each exhibiting an environment optimally adjusted to their respective function. To build up such compartments epithelial and endothelial cells have to restrict the paracellular diffusion of substances. The paracellular cleft is sealed by tight junctions (TJ). In electron microscopical images TJs appear as a network of intermembranous strands in the apical region of the lateral cell membrane of epithelial and endothelial cells. Claudins (Cld) form the structural backbone of TJs. The present study provided evidence for the first time that single amino acids of the second extracellular loop (ECL) of a claudin are essential for the paracellular tightness of epithelial cells. The effect of single amino acid substitutions of the second ECL of Cld5 were studied in cells expressing various other endogenous claudins except Cld5. Point mutants of Cld5 were stably expressed in MDCK-II cells. While the expression of Cld5wt caused increased paracellular tightness, this effect was completely abolished by the Cld5 point mutants. Furthermore, the mutants even decreased the paracellular permeation of certain substances compared with the vector control. Further findings of the present study demonstrated that a peptide corresponding to the C-terminal half of the first ECL of Cld1 is capable of opening the TJ in a reversible manner. Using an N-terminal fragment of clostridium perfringens enterotoxin (CPE194-319) a reduction of the paracellular tightness of epithelial cells was demonstrated. Taken together, the findings of the present study contribute to a better understanding of the sealing of the paracellular cleft by claudins. Furthermore, Cld153-81 und CPE194-319 open new perspectives for a targeted therapeutic opening of the TJs suited for enhancing the transport of active substances into diseased tissue.

Die Zahl der Kolonkarzinome in den westlichen Industrieländern steigt in den letzten Jahren stetig an. Zu den Verbindungen, die mit der Zubereitung der Nahrung entstehen, mit ihr aufgenommen werden und die Kolonkanzerogenese möglicherweise begünstigen, gehört das heterozyklische aromatische PhIP, das bei der Erhitzung proteinreicher Nahrungsmittel entsteht. Neben zahlreichen Fütterungsversuchen an Nagern existieren auch Zellkulturmodelle zur Untersuchung der molekularen Mechanismen der PhIP-induzierten Kolonkanzerogenese. Die chemische Transformation von Zellen sollte durch wiederholte Exposition gegenüber dem hydroxylierten Metaboliten des Kanzerogens (N2-OH-PhIP) erzielt werden. Es wurden IEC-18-Zellen der Ratte und HCEC-Zellen des Menschen zur Untersuchung verwendet. Die Behandlung der IEC-18-Zellen führt nach 25 Behandlungszyklen mit Konzentrationen von 5 bis 20 µM nicht zur Transformation der Zellen. Die Anwesenheit von N2-OH-PhIP führt zu einer zehnfach erhöhten Induktion der GST-Aktivität, insbesondere der Untereinheiten GST-A1, -A3, -Pi und -T2, die für die effiziente Detoxifizierung des N-Acetoxy-Metaboliten vom N2-OH-PhIP verantwortlich sind. Bereits nach drei Behandlungen mit 1,5 µM N2-OH-PhIP konnte eine maligne Transformation der HCEC-Zellen erzielt werden. Die Zellen zeigten die charakteristischen Zeichen der Transformation: veränderte Wachstumseigenschaften wie klonales dreidimensionales Zellwachstum („pilling up“), Hemmung der Zell-Zell-Kontaktinhibierung, verkürzte Populationsverdopplungszeiten und tumorigene und metastasierende Eigenschaften. Außerdem exprimierten die N2-OH-PhIP-exponierten humanen Kolonzellen mit steigender Anzahl der Behandlungen größere Mengen des trunkierten APC-Proteins. Die bekannten PhIP-spezifischen Mutationen im APC-Gen resultieren in der Expression eines trunkierten Proteinproduktes und werden als frühe Ereignisse in der Kolonkanzerogenese betrachtet. Die zusammenfassende Betrachtung aller Ergebnisse zeigt, dass die IEC-18-Zelllinie zur chemischen Transformation durch N2-OH-PhIP ungeeignet ist. Dagegen wurde erstmalig eine vollständige chemische Transformation von Humandickdarmepithelzellen in vitro durch Exposition der humanen Kolonepithelzelllinie HCEC gegenüber dem Kolonkarzinogen N2-OH-PhIP erzielt. / In the last few years a strong increase in the incidence of colorectal cancer has been observed. As to the specific components in processed food responsible for the induction of colon cancerogenesis / it has been suggested that heterocyclic aromatic amines (HAA), e.g. the most abundant HAA 2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridine (PhIP), which is formed in protein rich food, when it is cooked at high temperatures or over an open flame, might be involved in this process. Whereas a number of in vivo-models to study PhIP-mediated colon carcinogenesis are known, only a limited number of cell culture systems to study the HAA-mediated transformation of intestinal epithelial cells do in fact exist. In the present study IEC-18 cells (rat intestinal epithelial cells) and HCEC cells (human colon epithelial cells) were incubated with N2-OH-PhIP, the N-hydroxylated metabolite of PhIP. The IEC-18 cells could not be transformed despite 25 treatment cycles with 5 to 20 µM N2-OH-PhIP. This might be due to the fact that GST activity as well as the expression of the GST -A1, -A3, -Pi and -T2 units, which are responsible for the detoxication of the N-acetoxy derivative of PhIP were strongly induced by N2-OH-PhIP. In contrast, HCEC cells were malignantly transformed when exposed three times to 1.5 µM N2-OH-PhIP. The chemically-treated cells showed a reduced population doubling time, they lost cell-cell contact inhibition and started pilling up. Furthermore, if HCEC cells were injected subcutaneously into SCID mice tumors developed at the site of injection in all animals tested. The transformed HCEC cells also express high amounts of truncated APC protein, which in vivo appears at an early stage of colon cancerogenesis. Taken together, it has been shown that IEC-18 cells are not suitable for chemical transformation studies with the HAA metabolite N2-OH-PhIP. For the first time it has been shown that the HAA metabolite N2-OH-PhIP is indeed able to malignantly transform human colon epithelial cells in vitro.

Compartmentalization of cell membranes, in particular of the apical membrane of columnar epithelia, is the topic of this thesis. The first part characterizes the apical membrane and its specialized organization and morphology, whereas the second part focuses on the formation of this unique plasma membrane domain during epithelial polarization. The apical membrane of columnar epithelia is enriched in glycosphingolipids, a class of lipids that are known to interact with cholesterol to form liquid ordered domains, also termed "rafts", in cell membranes. Imaging the apical surface of untreated and raft lipid depleted MDCK cells with atomic force microscopy revealed that raft lipids are involved in the formation and/or maintenance of microvilli, actin based protrusions of the apical plasma membrane, indicating a regulatory link between membrane domains and the cytoskeleton. Furthermore, antibody patching and photobleaching experiments performed during the work of this thesis suggest that the organization into raft and non-raft domains is very different in the apical membrane of MDCK cells compared to the plasma membrane of a fibroblast. In fact, the data support the hypothesis that the apical membrane could be a percolating raft membrane in which rafts constitute the major phase and non-raft domains exist as isolated entities. The second part of this thesis analyses the segregation of apical and basolateral membrane domains during epithelial polarization. This segregation can either be achieved by generating scaffolded domains prior to junction formation or by polarized secretory and endocytic membrane traffic after the establishment of cell junctions. While most apical and basolateral marker proteins in MDCK cells follow the latter mechanism, this thesis reports that the apical marker gp135 is confined to the dorsal face already in single attached cells. The unknown antigen was purified and identified as podocalyxin. Analysis of a series of domain mutants revealed that the C-terminal PDZ-binding motif of podocalyxin is mainly responsible for its special localization, which it shares with the PDZ protein NHERF-2. Knocking down podocalyxin by RNA interference resulted in retardation of cell growth and epithelial polarization. Taken together, the data suggest that podocalyxin and NHERF-2 could be part of an early apical polarity scaffolding system based on PDZ-binding and PDZ-containing proteins.