Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Grundlagenforscher entdecken Bildungsmechanismen zerstörerischer Sauerstoffverbindungen im Blut

30.07.2009
Einer Forschergruppe im Institut für Medizinische Mikrobiologie, Immunologie und Hygiene der Uniklinik Köln ist es mit CECAD Cologne (Cluster of Excellence on Cellular Stress Responses in Aging-associated Diseases) und Kieler Wissenschaftlern gelungen, aufzuklären, wie die Bildung von reaktiven Sauerstoffverbindungen (ROS - reactive oxygen species) im Blut durch das Enzym NADPH-Oxidase bei Entzündungsreaktionen aktiviert wird.

ROS in zu großer Zahl führen zu oxidativem Stress, denn sie verbrennen (oxidieren) DNA, Lipide und Proteine, die Grundbausteine der Zellen. Leiter der Kölner Forschungsgruppe ist Prof. Martin Krönke, Leiter des Instituts Medizinische Mikrobiologie, Uniklinik Köln.

Deshalb verstehen Wissenschaftler heute oxidativen Stress vornehmlich als äußerst schädlichen Faktor. Die Reaktion der ROS (auch Sauerstoffradikale genannt) mit der Erbsubstanz DNA wird mit der Entstehung von Krebs in Zusammenhang gebracht, die Oxidation von Lipoproteinen (diese transportieren wasserunlösliche Fette, wie zum Beispiel Cholesterin, im Blut) mit der Entstehung von Atherosklerose.

ROS entstehen als unvermeidliches Nebenprodukt der Atmungskette während der Energiegewinnung in den "Energiekraftwerken" der Zellen, den Mitochondrien. Besonders viele Mitochondrien finden sich in Zellen mit hohem Energieverbrauch (zum Beispiel Muskel-, Nerven- und Sinneszellen). Eine defekte Mitochondrienfunktion mit stetiger Freisetzung von ROS wird als treibender Motor für degenerative Prozesse und der Zellalterung angesehen.

Die Fähigkeit zur Bildung von ROS hat jedoch nicht nur schädigende Wirkungen für unseren Organismus, im Gegenteil: Bei Infektionen mit mikrobiellen Erregern bilden zwei Arten der weißen Blutkörperchen, die Granulozyten und die Makrophagen, große Mengen Sauerstoffradikale. Hier haben sie die wichtige Funktion, die mikrobiellen Eindringlinge zu zerstören und so die Immunabwehr zu unterstützen.

Die Bedeutung der ROS-Bildung für die immunologische Abwehr wird am Beispiel der seltenen Erbkrankheit chronische Granulomatose deutlich: Bei dieser Krankheit ist die Funktion der Granulozyten und Makrophagen gestört. Diese auch als Fresszellen bezeichneten weißen Blutkörperchen können ihren Beitrag zur Immunabwehr nicht erfüllen. Krankheitserreger, speziell pathogene Bakterien und Pilze, breiten sich ohne ständige medikamentöse Behandlung daher weitgehend ungehindert im Körper der Betroffenen aus. Bei der chronischen Granulomatose ist das Enzym NADPH-Oxidase als Hautproduzent von ROS defekt und die Patienten leiden an einer erheblichen Abwehrschwäche bei mikrobiellen Infektionen da sie zuwenig ROS dafür bilden.

ROS sind also wichtig, haben aber bei der Abwehr von mikrobiellen Erregern einen hohen Preis. Durch die exzessive ROS-Produktion von Immunzellen werden nicht nur die Erreger eliminiert, die hierbei gebildeten ROS richten auch einen Kollateralschaden an: Unvermeidbare Entzündungen. Bei den meisten Infektionen sind nicht die toxischen Eigenschaften des Erregers selbst, sondern vielmehr die reaktive ROS-Bildung und die Entzündungsreaktion unseres eigenen Immunsystems in Folge die klinisch bestimmenden Faktoren für Symptomatik und Krankheitsverlauf.

Diese Vorgänge sind nun von den Kölner und Kieler Forschern entschlüsselt worden. Eine entscheidende Rolle spielt das Enzym Riboflavinkinase.

Nach Andocken des Entzündungsfaktors und immunologischen Botenstoffs Tumornekrosefaktor (TNF) an seine Erkennungsstruktur auf der Oberfläche von Zellen, dem TNF-Rezeptor, wird die Riboflavinkinase aktiviert und zwei weitere entscheidende Reaktionen ausgelöst:

Zum einen wird über die Riboflavinkinase der TNF-Rezeptor physisch an die NADPH-Oxidase gekoppelt und zum zweiten wird damit die durch die Riboflavinkinase katalysierte Umwandlung von Riboflavin (Vitamin B2) zu Flavinmononukleotid und Flavinadenindinukleotid (FAD) in unmittelbare Nähe der NADPH-Oxidase gebracht. Durch die Anlagerung von FAD erhöht sich die Rekationsbereitschaft der NADPH-Oxidase, wodurch Granulozyten und Makrophagen in die Lage versetzt werden, die benötigten großen Mengen von ROS für die Abwehr von Krankheitserregern freizusetzen.

Diese neuen Beobachtungen wurden nun in der renommierten Zeitschrift Nature veröffentlicht und haben über die immunologisch-infektiologischen Aspekte hinaus weiterreichende Bedeutung. Das neue Verständnis zur Regulation der NADPH-Oxidase zeigt Ansatzpunkte für die gezielte therapeutische Unterbindung überschießender ROS-Bildung. Dies könnte den Gewebsschaden einer überschießenden immunologischen Entzündungsreaktion bei Infektionskrankheiten einschränken, ohne den Nutzen, also die Elimination von Infektionserregern zu gefährden. Auch beim unbestrittenen Zusammenhang zwischen vermehrter ROS-Bildung und neurodegenerativen Krankheiten sowie dem Altern können neue Forschungen ansetzen. Bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Morbus Parkinson und Alzheimer oder bei Artherosklerose und Alterungsprozessen könnte sich eine Unterbindung der Bildung von ROS durch NADPH-Oxidase als therapeutisch wirksam erweisen.

Versuche zur Therapie beziehungsweise zur Prophylaxe mit Radikalfängern (zum Beispiel Vitamin C) zeigten nicht den gewünschten Erfolg. Dies ist wenig erstaunlich, da Sauerstoffradikale sehr rasch und direkt mit ihren Zielstrukturen reagieren. Einmal gebildet, lassen sich ROS-bedingte Schädigungen zellulärer Moleküle durch Antioxidantien nur wenig effizient blockieren. Die gezielte Dämpfung der NADPH-Oxidase bei Immunantwort, Alterungsprozessen und neurodegenerativen Erkrankungen greift demgegenüber bereits bei der Bildung von ROS ein. Sie erscheint somit als viel versprechendes Konzept, welches die Kölner Wissenschaftler im Sonderforschungsbereich 670 "Zell-autonome Immunität" sowie im Excellence Cluster Cologne Cluster of Excellence on Cellular Stress Responses in Aging-associated Diseases (CECAD) zukünftig weiter verfolgen.

Bei Rückfragen: Univ.-Prof. Dr. Martin Krönke
Institut für Medizinische Mikrobiologie, Immunologie und Hygiene
Telefon: 0221 478 32000
Telefax: 0221 478 32002
E-Mail: martin.kroenke@uk-koeln.de
Sina Vogt,
Leiterin Stabsabteilung Kommunikation Uniklinik Köln
Telefon: 0221 478- 5548
E-Mail: pressestelle@uk-koeln.de
Verantwortlich: Sina Vogt, Dr. Patrick Honecker

Sina Vogt | idw
Weitere Informationen:
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature08206.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Neuer Ansatz zur Therapie der diabetischen Nephropathie
19.09.2017 | Universitätsklinikum Magdeburg

nachricht Ein neuer Ansatz bei Hyperinsulinismus
18.09.2017 | Schweizerischer Nationalfonds SNF

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie