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Ionenkanal macht Nacktmull unempfindlich gegen Schmerz

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Nacktmulle leben dichtgedrängt in engen Höhlen, wo der Kohlendioxidgehalt (CO2) der Luft sehr hoch ist. CO2 wird im Körper zu Säure, die dauerhaft Schmerzsensoren aktiviert. Nacktmulle haben aber einen veränderten Ionenkanal in ihren Schmerzrezeptoren, den die Säure abschaltet und sie immun gegen diesen Schmerz macht. Die Tiere haben sich, so Dr. Ewan St. John Smith und Prof. Gary Lewin, im Laufe der Evolution an ihre extremen Lebensbedingungen angepasst (Science)*.

Bei der Weiterleitung schmerzhafter Reize an das Gehirn spielt der Ionenkanal Nav1.7 eine Schlüsselrolle. Er löst in den Schmerzfühlern, sensorischen Nervenzellen, deren Endigungen in der Haut liegen, einen Nervenimpuls (Aktionspotential) aus, der an das Gehirn weitergeleitet wird und „Schmerz“ signalisiert. Substanzen, die diesen Kanal blockieren, werden daher zum Beispiel zur lokalen Betäubung beim Zahnarzt eingesetzt. Menschen, bei denen dieser Ionenkanal auf Grund genetischer Mutationen beschädigt ist, fühlen keinen Schmerz. Für sie ist Schmerzunempfindlichkeit jedoch keineswegs von Vorteil, da kleine Verletzungen oder Entzündungen unbemerkt bleiben, was in der Regel zu fatalen Folgeschäden führt.

Anders beim afrikanischen Nacktmull (Heterocephalus glaber). Für diese Tiere ist Schmerzunempfindlichkeit gegen Säure offenbar ein Überlebensvorteil. Sie leben in einer so stark mit CO2 angereicherten Atmosphäre, dass ein Mensch oder auch andere Säugetiere in dieser Luft kaum überleben könnten. Hohe CO2-Konzentrationen und Säure verursachen normalerweise bei allen Säugetieren und damit auch beim Menschen sehr schmerzhafte Verätzungen und lösen Entzündungen aus. So ist das Gewebe von Patienten mit entzündlichen Gelenkerkrankungen wie zum Beispiel Rheuma, stark mit Säure angereichert. Der Säuregehalt des Gewebes aktiviert die Schmerzfühler.

Auch Nacktmulle haben Schmerzfühler. Die Forschungsgruppe von Prof. Lewin hatte bereits zeigen können, dass Nacktmulle genauso empfindlich wie Mäuse auf Hitze und Druck reagieren. Hingegen empfinden Nacktmulle bei Kontakt mit Säure keinen Schmerz. Wie Dr. St. John Smith und Prof. Lewin in der amerikanischen Fachzeitschrift Science weiter berichten, haben auch Nacktmulle den Ionenkanal Nav1.7, wie andere Säugetiere, darunter Mäuse und der Mensch. Die Forscher untersuchten deshalb die Funktion dieses Ionenkanals bei den Nacktmullen und bei den Mäusen, um zu sehen, ob es bei der Funktion und dem Aufbau dieses Ionenkanals einen Unterschied zwischen den beiden Tierarten gibt. Sie verglichen ihre Daten auch mit dem entsprechenden Ionenkanal beim Menschen.

Jetzt konnten sie zeigen, dass der Ionenkanal NaV1.7 der Nacktmulle sich von dem der Maus und des Menschen in seinem Aufbau unterscheidet. Ionenkanäle sind Proteine, die aus Aminosäuren aufgebaut sind und deren Bauanleitung in den Genen liegt. Bei dem speziellen Ionenkanal des Nacktmulls sind drei Aminosäurebausteine verändert. Diese drei veränderten Proteinbausteine führen dazu, dass der Ionenkanal des Nacktmulls sehr stark beieinträchtigt ist, bzw. von der Säure blockiert wird. Dieses Phänomen ist auch bei dem Ionenkanal Nav1.7 von Mäusen und Menschen zu beobachten. Es ist aber so schwach, dass die Weiterleitung von Schmerzsignalen kaum gestört ist.

Beim Nacktmull hingegen reicht dieser veränderte Ionenkanal aus, um die Reizweiterleitung zu unterbinden. Die Forscher erklären sich die Genveränderung in dem Ionenkanal damit, dass sich die Nacktmulle im Laufe der Evolution an die hohen CO2-Konzentrationen in der Luft angepaßt haben und damit unempfindlich gegen den durch Säure ausgelösten Schmerz geworden sind. Das ist auch dann der Fall, wenn sich in den Nervenzellen der Nacktmulle andere Ionenkanäle durch den Säurereize anschalten, die normalerweise Schmerzrezeptoren aktivieren würden.

Mausohrfledermäuse und Flughunde
Bei einer Reihe von Säugetieren ist das Gen für den Ionenkanal Nav1.7 in seinem Aufbau entschlüsselt worden. Darunter ist auch, so die MDC-Forscher, eine Fledermausart, die Mausohrfledermaus (Myotis lucifigus), die unter ähnlichen Bedingungen lebt wie die Nacktmulle und eine ähnliche Genvariante aufweist. Anders hingegen ist es bei den auf Bäumen im Freien lebenden Flughunden (Pteropus vampyrus), die wie die Nacktmulle und die Mausohrfledermaus auch in großen Kolonien leben, aber keinen CO2-Druck haben. Das lässt nach Ansicht der Forscher darauf schließen, dass sich bei ähnlichen Umweltbedingungen im Laufe der Evolution bei nicht verwandten Arten ähnliche Merkmale entwickeln. Für die Nacktmulle und die Mausohrfledermäuse heißt das, ihnen können CO2 und Säure nichts mehr anhaben.

Bedeutung für Patienten mit entzündlichen Erkrankungen?
Was bedeuten die Forschungsergebnisse der MDC-Forscher für Patienten mit entzündlichen Erkrankungen, bei denen dieser Ionenkanal ständig aktiviert ist? Nach Angaben von Prof. Lewin ist die Pharmaindustrie bereits dabei, kleine Moleküle zu entwickeln, die diesen Ionenkanal blockieren sollen. Die Erkenntnisse des Labors von Prof. Lewin könnte helfen, kleine Moleküle zu entwickeln, die ganz gezielt die veränderte Stelle des Ionenkanals blockieren.

*The molecular basis of acid insensitivity in the African naked mole-rat
Ewan St. John Smith. Damir Omerbašiæ, Stefan G. Lechner, Gireesh Anirudhan, Liudmila Lapatsina, and Gary R. Lewin
Dept. of Neuroscience, Max Delbrück Center for Molecular Medicine, Robert-Rössle-Str. 10, 13125 Berlin-Buch, Germany
Science, Vol. 334, Dec. 16, 2011, 1557-1560

Hintergrund
Der afrikanische Nacktmull
Der afrikanische Nacktmull (Heterocephalus glaber) ist kaum größer wie eine Maus, kaum behaart und hat eine faltige, rosabraune Haut. Er lebt in den Trockengebieten von Äthiopien, Kenia und Somalia in unterirdischen engen, dunkeln Höhlen, dicht gedrängt in Kolonien mit bis zu 300 Tieren. Er hat große Zähne, mit denen er seine Höhlen gräbt, in denen der Sauerstoffgehalt der Luft so gering und der Kohlendioxidgehalt so hoch ist, dass ein Mensch in dieser Luft kaum überleben könnte. Er trinkt nichts und ernährt sich nur von Knollen. Sein Staat ist ähnlich organisiert wie bei den Bienen. Er ist auch das einzig bekannte wechselwarme Säugetier, das heißt, er passt seine Körpertemperatur der Umgebung an. Wird ihm zu kalt, verkriecht er sich in wärmere Ecken seiner Höhle, ähnlich wie Eidechsen, die zum Aufwärmen in die Sonne gehen. Darüber hinaus wird er im Vergleich zu Mäusen geradezu steinalt. Während Mäuse eine natürliche Lebenserwartung von etwa zwei Jahren haben, kann er bis zu 30 Jahre alt werden. Für die Forschung ist der Nacktmull von besonderem Interesse, weil er im Gegensatz zu anderen Säuge- und Wirbeltieren keinen Schmerz empfindet, wenn er mit Säure in Berührung kommt, die normalerweise schmerzhafte Verätzungen und Entzündungen verursacht und auch nicht an Krebs erkrankt.

Barbara Bachtler
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Barbara Bachtler | Quelle: Informationsdienst Wissenschaft
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