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 Der Evolutionsvorteil der Strandschnecke
28.03.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Mobile Goldfinger
28.03.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Von Agenten, Algorithmen und unbeliebten Wochentagen

28.03.2017 | Unternehmensmeldung

Hannover Messe: Elektrische Maschinen in neuen Dimensionen

28.03.2017 | HANNOVER MESSE

Dimethylfumarat – eine neue Behandlungsoption für Lymphome

28.03.2017 | Medizin Gesundheit