Damit ein Organismus im Laufe seiner Entwicklung Gewebe und Organe fehlerfrei bilden kann, müssen Zellen in Verbänden nicht nur Informationen über ihre Position im Gewebe haben, sondern sie müssen auch wissen, wo Oben und Unten oder Innen und Außen ist. Dies gilt besonders für Epithelzellen, die Abschlussgewebe bilden, also den Organismus nach außen hin abgrenzen. Sie sind deutlich polarisiert, haben also eine nach außen gewandte, apikale Seite (beispielsweise im Darm dem Lumen zugewandt) und eine basale Seite, die mit dem darunterliegenden Gewebe in Kontakt steht. Diese Polarität ist die essentielle Vorbedingung für das reibungslose Funktionieren von Epithelzellen: Nach außen müssen sie den Organismus vor einem aggressiven, teils gefährlichen Milieu abschirmen, nach innen in Richtung Organismus aber dennoch durchlässig für Informationen und Nähr- oder Signalstoffe sein. Entsprechend dieser unterschiedlichen Aufgaben ist auch die Plasmamembran von Epithelzellen in eine apikale, nach außen gewandte und eine basale Domäne unterteilt.

Wie diese Polarität ausgebildet und aufrechterhalten wird, ist nur zum Teil bekannt. Die apikal-basale Ausrichtung wird durch die Verteilung mehrerer, der Membran angelagerter Protein-Komplexe festgelegt. Allen Epithelzellen ist die so genannte zonula adherens (ZA) gemeinsam, eine gürtelförmig die Zelle umfassende Haftzone, die benachbarte Zellen zusammenhält. Diese Zone beherbergt das Adhäsions- oder Klebeprotein E-Cadherin. Dessen Funktionieren und fehlerfreie Organisation ist grundlegende Vorbedingung für Zellpolarität, Zelladhäsion (also Verbindungskontakte zwischen Zellen) sowie für die richtige Zellform. Damit spielt E-Cadherin eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Epithelien und bei der Morphogenese, der Ausbildung bestimmter Strukturen und Formen eines Organismus während seiner Entwicklung.

Im sich entwickelnden Embryo der Taufliege Drosophila melanogaster arbeiten drei Protein-Komplexe mit komplizierten Namen eng zusammen, um die zonula adherens herzustellen und dann auch aufrechtzuerhalten: Proteine des Komplexes „Bazooka (Baz)/DPar-6/atypical protein kinase C (DaPKC)“ spielen eine wichtige Rolle dabei, Polarität zu initiieren. Der „Crumbs (Crb)/Stardust (Sdt)/PALS-1-associated TJ protein (DPATJ)“-Komplex hält die ZA und die Epithelstruktur des Gewebes aufrecht, indem er gegen die Aktivität eines anderen Komplexes arbeitet, nämlich „Discs-large (Dlg)/Lethal giant larvae (Lgl)/Scribble (Scrib)“. Wenn in einem Fliegenembryo einzelne Bestandteile dieser hochkomplexen Protein-Verbünde fehlen, dann geht die polare Struktur der betroffenen Zellen verloren und die meisten Epithelgewebe werden zerstört, was letztendlich zu einem weit ausgedehnten Absterben von Zellen führt.

Neueste Untersuchungen haben nun gezeigt, dass einige der Proteine, die die polare Struktur von Epithelzellen im Fliegenembryo initiieren und steuern, auch eine Rolle bei der Entwicklung ihrer Sehzellen (Lichtsinneszellen) spielen. Diese Lichtsinneszellen, auch Photorezeptoren genannt, besitzen ebenfalls eine polare Struktur und entwickeln sich aus Epithelzellen der so genannten Augen-Imaginalscheibe, der Vorstufe des späteren Auges (Abb. 1). Dabei durchlaufen diese Zellen einen komplizierten morphogenetischen Prozess: Die apikale Seite der Zelle nimmt eine seitliche Lage ein und wird in zwei Bereiche aufgeteilt: in einen Stiel, der apikal zur ZA liegt, sowie in einen Mikrovillisaum, auch Rhabdomer genannt, welches das lichtempfindliche Sehpigment Rhodopsin beherbergt – wegen seiner roten Farbe auch Sehpurpur genannt. Die Ausbildung dieser Rhabdomere geht mit einer starken Verlängerung der Zelle einher. Fliegenaugen, denen das Protein Crumbs, DPATJ oder Stardust fehlt, zeigen deutliche Fehlentwicklungen: die Gestalt der Photorezeptoren ist fehlerhaft, die Rhabdomere werden nicht richtig ausgebildet und die Stielmembranen sind verkürzt. Weder Crumbs, Stardust, noch DPATJ werden aber für die Aufrechterhaltung der apikal-basalen Polarität von Sehzellen benötigt. Diese Funktion erfüllt das Protein Bazooka. Zusätzlich ist zu beobachten, dass das Fehlen von Crumbs oder DPATJ im Auge der Taufliege Drosophila zu einer fortschreitenden Degeneration der Photorezeptoren führt, die durch Licht induziert wird. Die Arbeiten der Gruppe von Elisabeth Knust haben nun erstmals gezeigt, dass auch Mutationen von Stardust eine Degeneration der Retina zur Folgen haben können. Die Ergebnisse stufen Stardust als ein hochkomplexes Gen ein, dessen Mutationen je nach Ausprägung entweder die Zellpolarität von Epithelzellen im Fliegenembryo beeinflussen, die Ausbildung der Photorezeptoren stören oder das Licht-induzierte Absterben der Netzhaut hervorrufen.

Diese Entdeckungen legen den Schluss nahe, dass der Verband aus den Proteinen Crumbs, Stardust und DPATJ in seiner Zusammenstellung je nach Entwicklungsstand der Fliege unterschiedlich ist, zumindest, was Stardust angeht: Dieses Protein tritt in mehreren Protein-Isoformen auf, zeigt sich also in unterschiedlichen Versionen. Die Daten machen auch deutlich, dass bei einem kompletten Ausbleiben der Expression des Stardust-Proteins ein vollkommener Funktionsverlust der Photorezeptoren stattfindet, was sich in morphogenetischen Defekten und einer durch Licht ausgelösten Degeneration der Retina auswirkt (Abb. 2).

Das Vorhandensein solcher Protein-Isoformen als Ergebnis von gewebespezifischen Spleißvarianten ist für Proteine der MAGUK-Familie, zu der auch Stardust gehört, nicht unüblich. Es ist gerade diese Charaktereigenschaft in Verbindung mit ihren vielfachen Domänen für Proteininteraktionen, die die MAGUK-Proteine befähigt, die Zusammensetzung von membranassoziierten Protein-Verbänden zu modulieren.

Die Ergebnisse der Forscher um Elisabeth Knust [1] stellen eine gute Basis dar, um die Funktion des Crumbs/Stardust-Proteinverbunds in verschiedensten Zellarten weiter zu erforschen, speziell in den Sehzellen. In der Maus bzw. dem Menschen sind alle Proteine des Komplexes ebenfalls vorhanden. Das Stardust-Ortholog Pals1/Mpp5 ist gemeinsam mit CRB1/CRB2/CRB3 an der äußersten Grenz-Membran (outer limiting membrane) von Photorezeptoren zu finden. Beim Menschen führen Mutationen in CRB1 zur Auflösung der Netzhaut: Sie leiden an Retinitis pigmentosa 12 (RP12), einer Krankheit, die zur Erblindung im Alter von etwa 20 Jahren führt. Die Konservierung dieser Proteinkomplexe durch die Evolution hinweg lässt vermuten, dass sie eine für das Überleben der Lichtsinneszellen wichtige Funktion ausüben. Es ist zu erwarten, dass weitere Einsichten in die Funktion von Stardust in der Taufliege auch zu neuen Erkenntnissen über die Rolle dieser Proteinverbände im Zusammenhang mit Epithel- und Sehzellen in anderen Säugetieren, den Menschen eingeschlossen, führen.