Chaos in der Zelle

Forscher des Biozentrums Innsbruck und der Medizinischen Hochschule Hannover haben in Zusammenarbeit mit der Universität Freiburg eine genetische Ursache für die Störung der Signalweiterleitung in Zellen entdeckt.

Das Fehlen eines zellulären Adapters führt zu Unordnung in der Zelle, wodurch wichtige Akteure für die Weiterleitung von Signalen nicht mehr zur rechten Zeit am rechten Platz sind – für betroffene Patienten resultiert daraus eine komplexe Störung des Immunsystems. Die Entdeckung ist von allgemeiner Bedeutung, da Zellzyklus- und Differenzierungsstörungen bei vielen Krankheiten, wie zum Beispiel Krebs, eine entscheidende Rolle spielen. Die renommierten Zeitschriften Nature Medicine und The Journal of Cell Biology berichten darüber.

Die Zellen eines Organismus empfangen laufend eine Vielfalt an Signalen aus ihrer Umgebung. Eiweißmoleküle an der Zelloberfläche registrieren diese Signale und leiten sie ins Innere der Zelle weiter, wo sie aufgenommen, interpretiert und verarbeitet werden. Je nach Art des Signals werden die Zellen dazu angeregt, zu wachsen, zu differenzieren, sich zu teilen oder aber durch programmierten Zelltod abzusterben. Entgleisen diese komplexen Prozesse, so entstehen Krankheiten wie Krebs oder Immunstörungen. Die Wissenschaftler um Univ.-Prof. Dr. Lukas Huber vom Biozentrum der Medizinischen Universität Innsbruck sind überzeugt, dass die räumliche und zeitliche Verteilung der an der Signalweiterleitung beteiligten Akteure von entscheidender Bedeutung sind: „Gerät diese genau definierte Ordnung innerhalb der Zelle durcheinander, dann kommt es zu krankhaften Veränderungen“, sagt Lukas Huber. „Wir wollen deshalb lernen, wie die Signale in der Zelle räumlich und zeitlich verteilt werden.“

Genetisch bedingte Erkrankung

Die klinische Bedeutung dieser neuen Forschungsrichtung wurde deutlich, als die Klinische Forschergruppe um Univ.-Prof. Dr. Christoph Klein von der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) auf ein Gen aufmerksam wurde, das für den Zelladapter p14 verantwortlich ist. Die Ärzte der Abteilung Kinderheilkunde, Pädiatrische Hämatologie und Onkologie der MHH (Direktor Prof. Dr. Karl Welte) hatten eine neue Immundefekterkrankung identifiziert, die durch Wachstums- und Immunstörungen sowie Albinismus gekennzeichnet ist.

Kleinste Infektionen genügen, um das Leben der Patienten zu gefährden. In einer langjährigen Suche nach der genetischen Ursache wandten sie neue molekularbiologische Methoden an und konnten in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe um Dr. Bodo Grimbacher von der Universität Freiburg und dem Helmholtz Zentrum für Infektionsforschung Braunschweig Veränderungen nachweisen, die zur Folge hatten, dass der Zelladapter p14 nur mehr in ganz geringen Mengen vorhanden war. Aufgrund dieses Gendefektes sind die weißen Blutkörperchen der betroffenen Patienten in ihrer Zahl erniedrigt und in ihrer Funktion gestört.

Langfristige Forschungsperspektive

Im Rahmen des FWF-Spezialforschungsbereichs „Zellproliferation und Zelltod in Tumoren“ entwickelte Prof. Lukas Huber in Innsbruck in über vierjähriger Kleinarbeit ein neues, innovatives Mausmodell. „Dieses Modell erlaubt es uns, bestimmte Gene in einzelnen Organen oder Zelltypen spezifisch auszuschalten“, erklärt Huber. Damit konnten die Innsbrucker Forscher nun die bei den deutschen Patienten beobachteten Ergebnisse in der Maus gezielt reproduzieren. „Es gelang uns der eindeutige Nachweis“, so Huber, „dass das Fehlen des Adapters p14 zu einem heillosen Chaos in der Zelle führt. Die vom Adapter in Position gebrachten Gerüstproteine sind plötzlich nicht mehr an ihrem Platz. Und dadurch wird die von den Gerüstproteinen unterstütze Signalweiterleitung durch Kinasen unterbrochen.

“ Damit liefern die Wissenschaftler auch ein potentielles Ziel für die Therapie dieser bisher unbekannten Krankheit. Prof. Christoph Klein, ein Krebspezialist und Experte der Stammzell- und Gentherapie, sieht nun nicht nur Chancen in der Entwicklung einer gezielten Gentherapie für die betroffenen Patienten, sondern auch neue Ansatzpunkte für neue Medikamente in der Therapie von Tumorpatienten.

„Die fächerübergreifende internationale Zusammenarbeit war entscheidend für diesen Forschungserfolg“ betonen Prof. Klein und Prof. Huber, die in ihrer wissenschaftlichen Zusammenarbeit in der Zukunft noch viele spannende Ergebnisse erwarten.

Die Daten zum Zellzyklus- und Differenzierungsdefekt und dem verwendeten Mausmodell haben die Wissenschaftler im Dezember im Journal of Cell Biology veröffentlicht. Die Übertragung dieses Wissens auf die klinische Bedeutung für das Immunsystem wird nun in der Zeitschrift Nature Medicine ausführlich dargestellt.

Publikationen:

A novel human primary immunodeficiency syndrome caused by deficiency of the endosomal adaptor protein p14. Bohn G, Allroth A, Brandes G, Thiel J, Glocker E, Schaeffer AA, Rathinam C, Taub N, Teis D, Zeidler C, Dewey RA, Geffers R, Buer J, Huber LA, Welte K, Grimbacher B, Klein C. Nature Medicine.

p14–MP1-MEK1 signaling regulates endosomal traffic and cellular proliferation during tissue homeostasis. Teis D, Taub N, Kurzbauer R, Hilber D, de Araujo ME, Erlacher M, Offterdinger M, Villunger A, Geley S, Bohn G, Klein C, Hess MW, and Huber LA. J. Cell Biol. 2006 175: 861-868. Published Dec 18 2006.

Kontakt:
Univ.-Prof. Dr. Lukas Huber
Sektion für Zellbiologie, Biozentrum Innsbruck
Medizinische Universität Innsbruck
Fritz-Pregl Str. 3
A-6010 Innsbruck, Österreich
Tel: +43 512 9003 70171 bzw. Mobil: +43 664 1138600
Fax: +43 512 9003 73100
Email: lukas.a.huber@i-med.ac.at
http://www.i-med.ac.at/biocenter/

Univ.-Prof. Dr. Christoph Klein
Sektion für Experimentelle Hämatologie
Abteilung Kinderheilkunde, Pädiatrische Hämatologie und Onkologie
Medizinische Hochschule Hannover
Carl-Neuberg-Str. 1
D-30625 Hannover, Deutschland
Tel: +49-511-532 6718
Fax: +49-511-532 9120
Email: klein.christoph@mh-hannover.de