Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Krankmacher in vollendeter Form - Wie Kristalle chronische Entzündungen verursachen

22.07.2008
Wer bei Krankheitserregern nur an Bakterien, Viren und andere Parasiten denkt, hat mindestens eine wichtige Kategorie vergessen. Denn auch Kristalle können medizinisch relevant sein.

So wird etwa die Staublunge der Bergarbeiter durch Quarzsand ausgelöst, während Harnsäurekristalle in den Gelenken Gicht verursachen. Selbst bei der neurodegenerativen Alzheimerschen Erkrankung spielen kristalline Strukturen eine Rolle.

In all diesen Fällen reagiert der Körper mit einer chronischen Entzündung. Ein internationales Forscherteam, dem auch der LMU-Mediziner Franz Bauernfeind angehört, konnte nun erstmals den molekularen Mechanismus beschreiben, der dieser Abwehrreaktion zugrunde liegt. "Unabhängig von ihrer Struktur setzen alle Kristalle die gleiche Immunreaktion in Gang", berichtet Bauernfeind. "Und immer ist das Protein Nalp3 wesentlich daran beteiligt, weil es ganz universell Gefahrensignale im Körper erkennt.

Als zentraler Faktor verschiedener Entzündungsmechanismen wird es künftig sicher ein wichtiges Zielmolekül der pharmakologischen Forschung sein." (online, Nature Immunology)

Als formvollendet ließe sich ein Kristall vermutlich am besten beschreiben. Schließlich sind in diesem Körper im Idealfall identische Einheiten gleichmäßig und wie in einem dreidimensionalen Gitter angeordnet. Das gilt für Eiskristalle und Salzkristalle gleichermaßen wie für viele Schmucksteine. Ein wichtiger Vertreter ist hier der Quarz, der als Bergkristall ausschließlich aus Siliziumdioxid besteht. Kommen chemische Verunreinigungen hinzu, enstehen farbige Varianten wie etwa der Amethyst oder der Citrin.

Quarz ist aber auch Bestandteil von Porzellan und anderen Produkten, so dass unter anderem Edelsteinschleifer, Bergleute sowie Arbeiter in der keramischen Industrie dem kristallinen Siliziumdioxid ausgesetzt sind. Gefährlich werden kann ihnen die Substanz nur, wenn sie eingeatmet wird. Denn dann droht eine Silikose. Das ist die seit dem Altertum gefürchtete Staublunge, bei der sich Mikrokristalle in den Lungenbläschen ablagern und nicht mehr entfernt werden können. Die zerstörten Areale werden durch knotiges Bindegewebe ersetzt. Wegen der zunehmenden Vernarbung der Lunge wird der Körper aber nicht mehr ausreichend mit Sauerstoff versorgt. Es drohen verschiedene Folgeerkrankungen - unter anderem Lungenkrebs - und letztlich der Tod.

Neben Siliziumdioxid können aber auch andere Kristalle Krankheiten verursachen. So wird die äußerst schmerzhafte Gicht, die zu einem Nierenversagen führen kann, durch das Stoffwechselprodukt Harnsäure ausgelöst, wenn sich dieses in kristalliner Form in den Gelenken ablagert. Der Tod von Neuronen im Gehirn von Alzheimer-Patienten geht dagegen auf das Konto von kleinen Proteinstücken, die zu einer Art Kristall verklumpen. "Auf der anderen Seite werden aber seit mehreren Jahrzehnten Kristalle in Form von Aluminiumsalzen bei Impfungen eingesetzt", berichtet Bauernfeind, einer der beiden Erstautoren der Studie. "Sie werden dabei als Adjuvans eingesetzt, sollen also die Wirkung des Impfstoffs unterstützen. Die kristalline Substanz, das Alum, ist noch immer das einzige Adjuvans, das die amerikanische Gesundheitsbehörde FDA für humane Impfungen zugelassen hat - obwohl man bislang den Wirkmechanismus nicht verstanden hat."

Diese Lücke könnte sich jetzt aber schließen. Man weiß bereits, dass Kristalle und ähnliche Strukturen eine massive Entzündungsreaktion im Organismus verursachen. "Wir konnten jetzt aber erstmals beschreiben, welche molekularen Mechanismen dies auslösen", so Bauernfeind. "Dabei zeigen wir, dass Entzündungen durch Kristalle auf der Freisetzung eines bestimmten Immunfaktors beruhen, dem Botenstoff Interleukin-1. Dabei reagiert der Körper auf alle Kristalle gleich, also unabhängig von ihrer spezifischen Struktur." Denn alle diese Strukturen - ob kristallines Material oder aggregierte Proteine - werden in der Abwehrreaktion des Körpers von Immunzellen aufgenommen.

er Versuch der Zelle, diese Fremdkörer dann in bestimmten Unterabteilungen, den Phagolysosomen, abzubauen, schlägt meist aber fehl. Weil der Körper die kristallinen Fremdkörper nicht beseitigen kann, entstehen dann chronische Entzündungen. Das kristalline Adjuvans der Impfungen könnte damit auch eine verstärkte - und in diesem Fall erwünschte - Abwehrreaktion auslösen und so einen größeren Impferfolg bewirken.

Dank der neuen Ergebnisse ist nun klar, welche molekularen Mechanismen der Entzündung zugrunde liegen: Die Kristalle in den Phagolysosomen führen zur Beschädigung dieser zellulären Untereinheiten. Dadurch aber werden Protein abbauende Enzyme in das Zellinnere abgegeben. Für den Körper ist dies ein universelles Gefahrensignal, auf das er mit einer Entzündung antwortet. Bei dieser Reaktion spielt das Enzym Cathepsin-B eine zentrale Rolle.

Das Augenmerk der Forscher richtete sich aber auf ein anderes Protein: Nalp3 ist ein Bestandteil des Inflammasoms, eines Komplexes aus mehreren Immunfaktoren, der auf unspezifische Gefährdungen des Organismus reagiert. Das Protein Nalp3 spielt dabei eine Schlüsselrolle: Es erkennt die zerstörten Lysosomen als Gefahrensignal und initiiert die Abwehrreaktion. Das Inflammasom als Komplex aktiviert dann über mehrere Zwischenschritte den Immunfaktor Interleukin-1, der schon in geringen Mengen zu Fieber und anderen entzündlichen Reaktionen führt.

Das Projekt entstand im Rahmen eines internationalen wissenschaftlichen Austauschs zwischen der Abteilung für Klinische Pharmakologie der LMU unter Leitung von Professor Stefan Endres und der Arbeitsgruppe von Professor Eicke Latz an der University of Massachusetts Medical School in Worcester, USA, wo die Arbeit auch durchgeführt wurde. Seit mehreren Jahren wird Mitarbeitern beider Gruppen die Möglichkeit geboten, Untersuchungen im Partnerlabor durchzuführen und dabei auch neue Techniken zu erlernen. "Ich wollte eigentlich nur für drei Monate in die USA gehen", berichtet Bauernfeind. "Das Projekt entwickelte sich aber so vielversprechend, dass ich für ein Jahr geblieben bin.

Schießlich ist uns sogar der Nachweis gelungen, dass Nalp3 ein universeller Sensor von Gefahrsignalen ist. Diese an sich unspezifische Funktion macht das Protein besonders interessant als Zielmolekül für die pharmakologische Forschung. Es ist ein Schlüsselfaktor zahlreicher Entzündungsmechanismen. Und nicht zuletzt gehören die durch Kristalle verursachten chronischen Leiden zu Volkskrankheiten, die immer noch nicht zufriedenstellend behandelt werden können."

Publikation:
"Silica crystals and aluminum salts activate the NaLP3 inflammasome through phagosomal destabilization",
Veit Hornung, Franz Bauernfeind, Annett Halle, Eivind O Samstad, Hajime Kono, Kenneth L Rock, Katherine A Fitzgerald Eicke Latz,

Nature Immunology, online am 11. Juli 2008

Ansprechpartner:
Franz Bauernfeind
Abteilung für Klinische Pharmakologie der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München
Tel.: 089 / 5160 - 2378, Fax: 089 / 5160 - 4406
E-Mail: franz.bauernfeind@med.uni-muenchen.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenchen.de/
http://www.klinische-pharmakologie.de

Weitere Berichte zu: Abwehrreaktion Entzündung Immunfaktor Impfung Protein

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher sehen Biomolekülen bei der Arbeit zu
05.12.2016 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen
05.12.2016 | Goethe-Universität Frankfurt am Main

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Flüssiger Wasserstoff im freien Fall

05.12.2016 | Maschinenbau

Forscher sehen Biomolekülen bei der Arbeit zu

05.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungsnachrichten