Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Giftstoffe zelluläre Wegweiser aktivieren

05.07.2016

Ein Durchfallerreger verändert die Oberfläche von Darmzellen so, dass sich Bakterien besser ansiedeln können

Die Einnahme von Antibiotika schädigt oft die natürliche Darmflora. Diese kann infolgedessen krankmachende Keime nicht mehr in Schach halten; Durchfall und Darmentzündungen können entstehen. Zu den Erregern gehört der Keim Clostridium difficile, der Darmzellen durch Giftstoffe angreift.


Bakterielle Giftstoffe bilden Zellausläufer und benutzen dabei Septine als Wegweiser.

Bild: Carsten Schwan

Das Bakterium bewirkt unter anderem, dass sich ein feines Netzwerk aus Zellausläufern auf der Oberfläche von Darmzellen bildet, wodurch sich weitere Bakterien besser ansiedeln können. Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Dr. Klaus Aktories und Dr. Carsten Schwan vom Pharmakologischen Institut der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg hat gezeigt, wie der Giftstoff CDT von C. difficile-Bakterien diese Zellausläufer bildet.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben ihre Forschungsergebnisse in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) veröffentlicht. „Indem wir das CDT-Toxin untersuchen, können wir besser verstehen, wie Darmentzündungen durch die Krankheitserreger entstehen und sich entwickeln“, sagt Aktories. „Zudem können wir grundlegende physiologische Prozesse aufklären, indem wir das Toxin als Werkzeug nutzen.“

Besonders angriffslustige Bakterien der Spezies C. difficile stellen Gifte her, die das Zellgerüst von Darmzellen zerstören. Dadurch werden Kontakte zwischen Darmzellen und ihre Schrankenfunktionen gehemmt, was zu typischen Durchfällen und Entzündungen führt. Zwei wichtige Bestandteile des Zellgerüstes sind Aktin und Mikrotubuli, die eine zentrale Rolle bei der Erhaltung der Zellform, der Schrankenfunktion und bei zellulären Bewegungsvorgängen spielen.

Das CDT-Toxin von C. difficile verändert Aktin und blockiert dadurch dessen Kettenbildung, was seine normale Funktion stört. Eine Folge davon ist, dass sich Mikrotubuli-Ketten leichter bilden und derart vermehren, dass zahlreiche Zellausläufer entstehen. Diese bilden ein Netzwerk auf der Darmzell-Oberfläche und fördern den Kontakt der Bakterien mit der Wirtszelle.

Wie CDT diese Zellausläufer bildet, war bislang nicht bekannt. Die Freiburger Wissenschaftler haben gezeigt, dass der Einfluss des Giftstoffes auf das Zusammenspiel der beiden Gerüstproteine Aktin und Tubulin von einem dritten Baustein abhängt, den Septinen. In einer menschlichen Zelle gibt es bis zu 13 verschiedene Septine, die miteinander wechselwirken und sich zu Ketten, Ringen oder Bändern verbinden können. Dieser Prozess nennt sich Polymerisation.

CDT verändert das Aktin so, dass die Septine nicht mehr an Aktin binden können und stattdessen an die Zellmembran wandern. Hier bilden sie trichterartige Septinpolymere, die in die Mikrotubuli – röhrenförmige Proteinstrukturen – hineinwachsen. Septine stehen mit der Spitze von wachsenden Mikrotubuli in direkter Wechselwirkung und funktionieren so als ein Wegweiser für das Wachstum dieser Strukturen.

Die Untersuchungen der Freiburger Arbeitsgruppe ermöglichen darüber hinaus Einblicke in die Entstehung der Septin-Trichter. Die Proteine Cdc42 und Borg regulieren den Transport der Septine an die Membranen und sind eine Voraussetzung dafür, dass sich die Trichter bilden. Eine ähnliche Funktion wie bei der Ausläuferbildung, die das Toxin CDT bewirkt, haben Septine im Nervensystem des Menschen bei der Bildung von Nervenausläufern, den Neuriten. Auch hier kommt es zu einem Zusammenspiel von Aktin, Mikrotubuli und Septinen, wobei mikroskopisch ähnliche Strukturen gebildet werden. Die Untersuchung des Toxins gibt daher Aufschluss über grundlegende Abläufe im menschlichen Körper.

Klaus Aktories ist Direktor der Abteilung I am Institut für Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie der Albert-Ludwigs-Universität sowie Mitglied des Freiburger Exzellenzclusters BIOSS Centre for Biological Signalling Studies. Carsten Schwan ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe von Aktories.

Originalpublikationen:
Thilo Nölke, Carsten Schwan, Friederike Lehmann, Kristine Østevold, Olivier C. Pertz, and Klaus Aktories (2016). Septins guide microtubule protrusions induced by actin-depolymerizing toxins like Clostridium difficile transferase CDT. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.1522717113

Artikel über die Forschung von Klaus Aktories im Freiburger Forschungsmagazin uni’wissen 01/2013
http://www.pr2.uni-freiburg.de/publikationen/uniwissen/uniwissen-2013-1/#/36

Kontakt:
Prof. Dr. Dr. Klaus Aktories
Institut für Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-5301
E-Mail: klaus.aktories@pharmakol.uni-freiburg.de

Weitere Informationen:

http://www.pr.uni-freiburg.de/pm/2016/pm.2016-07-05.101

Rudolf-Werner Dreier | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wasserbewegung als Hinweis auf den Zustand von Tumoren
19.04.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden
19.04.2018 | Max-Planck-Institut für Polymerforschung

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: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Im Focus: Gammastrahlungsblitze aus Plasmafäden

Neuartige hocheffiziente und brillante Quelle für Gammastrahlung: Anhand von Modellrechnungen haben Physiker des Heidelberger MPI für Kernphysik eine neue Methode für eine effiziente und brillante Gammastrahlungsquelle vorgeschlagen. Ein gigantischer Gammastrahlungsblitz wird hier durch die Wechselwirkung eines dichten ultra-relativistischen Elektronenstrahls mit einem dünnen leitenden Festkörper erzeugt. Die reichliche Produktion energetischer Gammastrahlen beruht auf der Aufspaltung des Elektronenstrahls in einzelne Filamente, während dieser den Festkörper durchquert. Die erreichbare Energie und Intensität der Gammastrahlung eröffnet neue und fundamentale Experimente in der Kernphysik.

Die typische Wellenlänge des Lichtes, die mit einem Objekt des Mikrokosmos wechselwirkt, ist umso kürzer, je kleiner dieses Objekt ist. Für Atome reicht dies...

Im Focus: Gamma-ray flashes from plasma filaments

Novel highly efficient and brilliant gamma-ray source: Based on model calculations, physicists of the Max PIanck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg propose a novel method for an efficient high-brilliance gamma-ray source. A giant collimated gamma-ray pulse is generated from the interaction of a dense ultra-relativistic electron beam with a thin solid conductor. Energetic gamma-rays are copiously produced as the electron beam splits into filaments while propagating across the conductor. The resulting gamma-ray energy and flux enable novel experiments in nuclear and fundamental physics.

The typical wavelength of light interacting with an object of the microcosm scales with the size of this object. For atoms, this ranges from visible light to...

Im Focus: Wie schwingt ein Molekül, wenn es berührt wird?

Physiker aus Regensburg, Kanazawa und Kalmar untersuchen Einfluss eines äußeren Kraftfeldes

Physiker der Universität Regensburg (Deutschland), der Kanazawa University (Japan) und der Linnaeus University in Kalmar (Schweden) haben den Einfluss eines...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Nachhaltige und innovative Lösungen

19.04.2018 | HANNOVER MESSE

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur optischen Kernuhr

19.04.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics