Bei der Lösung eines 20-jährigen Mysteriums über die Rolle eines Proteins, das mit der Schleimproduktion in Verbindung gebracht wird, liefern die Forscher neue Erkenntnisse, die zu neuen Behandlungen für Asthma, chronisch-obstruktive Lungenerkrankung, zystische Fibrose und andere Krankheiten führen können.
Die Forscher von der Washington University School of Medicine in St. Louis (WUSTL), MO, berichten ihre Ergebnisse in der Zeitschrift.
Thomas J. Brett, Senior-Studienautor und Assistenzprofessor für Medizin an der WUSTL, sagt:
"Die neue Studie legt den Grundstein für die Entwicklung von Therapien für Krankheiten wie Asthma, COPD, Mukoviszidose und sogar bestimmte Krebsarten."
Bei Krankheiten wie Asthma und chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) produziert der Körper zu viel Schleim, was die Atmung erschwert.
Bei der Mukoviszidose ist der Schleim, der produziert wird, zu dick und verstopft die Lungen und den Verdauungstrakt.
Die Bedeutung der neuen Studie liegt in den Enthüllungen über Ionenkanäle – spezielle Proteine, die in der Zellmembran entstehen und dazu beitragen, den Fluss geladener Teilchen in und aus der Zelle zu regulieren.
Ionenkanäle ermöglichen es den Zellen, elektrische Signale zu senden und zu empfangen und Funktionen zu erfüllen, die für die Gesundheit wichtig sind, wie z. B. Sekretion von Substanzen wie Schleim, Kontrolle des Herzrhythmus und Unterstützung der Gehirnfunktion.
Zum Beispiel hilft der Fluss von Chlorid – Ionen in und aus den Zellen, die Produktion von Schleim – schützendem Futter in unserer Luftröhre und anderen Atemwegen zu kontrollieren. Schleim, der aus Glykoproteinen und Wasser besteht, fängt Schadstoffe und Fremdpartikel auf, bevor sie der Lunge Schaden zufügen können.
Bei Krankheiten wie Mukoviszidose und Asthma wird jedoch zu viel zu dicker Schleim produziert, der das Atmen erschwert und das Infektionsrisiko erhöht.
Studie untersucht Ionenkanäle und Rolle bei der Schleimüberproduktion
Vor ungefähr 20 Jahren identifizierten die Wissenschaftler ein Protein namens CLCA1, das, wenn es in hohen Zellen in den Atemwegen gefunden wurde, lange mit einer Überproduktion von Schleim in Verbindung gebracht wurde. Für lange Zeit wurde angenommen, dass CLCA1 ein Chloridionenkanal ist, da Mitglieder der CLCA-Proteinfamilie Chloridionen in und aus den Zellen zu bewegen schienen.
Als schließlich weitere Hinweise gefunden wurden, entschieden Wissenschaftler, dass CLCA-Proteine keine Kanäle, sondern Auslöser sind; Sie aktivierten Kanäle, damit Chloridionen durch die Zellmembranen gelangen konnten. Es war jedoch nicht klar, welche Kanäle die CLCA-Proteine austrugen und wie. Prof. Brett bemerkt:
"Wenn Zellen CLCA1 exprimieren, produzieren sie Chloridströme. Aber als wir die dreidimensionalen Strukturen von Proteinen besser verstanden, begannen die Forscher auf dem Gebiet zu erkennen, dass CLCA-Proteine keine Kanäle sein könnten. So stellte sich die Frage, wie sie diese aktivieren Ströme, wenn sie keine Kanäle sind? "
Prof. Brett und sein Team fanden heraus, dass CLCA1, wenn es aus menschlichen Zellen freigesetzt wird, die Freisetzung von Chloridionen verursacht, wenn der Kanal das Vorhandensein von Calciumionen erkennt.
Das Team bemerkte auch, dass die Bewegung von Chloridionen, die durch CLCA1 ausgelöst wurde, der Art, wie Chloridionen durch einen als TMEM16A bekannten Kanal passieren, sehr ähnlich ist. Daher entschieden sie, zu untersuchen, ob diese Twoproteine interagieren.
Entdeckung, dass Proteine Ionenkanäle auslösen, ist ein "einzigartiges Ergebnis"
TMEM16A – das erst vor 7 Jahren bei Säugetieren entdeckt wurde – ist in Zellen in den Atemwegen reichlich vorhanden. Es gibt Hinweise darauf, dass zu viel TMEM16A – wie zu viel CLCA1 – mit einer Überproduktion von Schleim bei Atemwegserkrankungen wie Asthma und COPD assoziiert ist.
Mit seinen Kollegen zeigte Prof. Brett, dass CLCA1 TMEM16A auslöst, und erhöhte Expression von CLCA1 erhöht die Anzahl von TMEM16A-Kanälen, die in benachbarten Zellen vorhanden sind. Er erklärt:
"Wir denken nicht, dass CLCA1 tatsächlich den Kanal öffnet. Tatsächlich kann der Kanal ohne CLCA1 funktionieren. Wir denken, dass er den Kanal einfach für einen längeren Zeitraum auf der Oberfläche der Zellen hält."
Er sagt, der Grund dafür sei, dass mehr Kanäle offen sind – mehr Löcher, durch die Thionen hindurchgehen können, und er fügt hinzu:
"Dies ist ein einzigartiges Ergebnis. Wir kennen keine anderen Beispiele für diese Art der Interaktion zwischen einem Protein und einem Kanal."
Die Ergebnisse haben weitere Auswirkungen. Wenn andere Mitglieder der Familien dazu gehören, dass auch diese Proteine miteinander interagieren, dann könnte dies Licht auf eine Vielzahl von Erkrankungen, einschließlich Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen, werfen.
Zum Beispiel sind TMEM16-Kanäle und CLCA-Proteine mit bestimmten Arten von Krebs verbunden, einschließlich Brusttumoren, die sich in die Lunge ausbreiten. Sie sind auch an Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie Herzrhythmusstörungen und Herzversagen beteiligt.
Das Team untersucht weiterhin die Wechselwirkung zwischen dem Protein und dem Kanal, und wie eine Erhöhung oder Verringerung ihrer Expression Ionenströme beeinflussen und Atemwegserkrankungen beeinflussen kann.
Die Studie wurde von den National Institutes of Health (NIH), der American Lung Association, dem Zentrum zur Untersuchung von Membranerregungskrankheiten und der American Heart Association finanziert.
In der Zwischenzeit erfuhr kürzlich über eine neue Studie veröffentlicht, dass gefunden Teilnehmer, die eine gesunde Ernährung gefolgt waren ein Drittel weniger wahrscheinlich, COPD zu entwickeln, im Vergleich zu denen, die nicht. Die Forscher definierten eine gesunde Ernährung als eine hohe in Gemüse, Vollkornprodukte, mehrfach ungesättigte Fette, Nüsse und Omega-3-Fettsäuren, und wenig in roten und verarbeiteten Fleisch, raffinierten Getreide und zuckerhaltigen Getränken.
