Wie können Zellen und Immunzellen des menschlichen Körpers schnell auf physikalische und chemische Veränderungen in ihrer Umgebung reagieren?
Obwohl genetische Mutationen zu Veränderungen der Eigenschaften einer Zelle führen können, können nichtgenetische Mechanismen eine schnelle Anpassung in einem Prozess vorantreiben, der allgemein als Zellplastizität bezeichnet wird. Zellplastizität ist an grundlegenden biologischen Prozessen beteiligt der Knochen und des Bewegungsapparates und Krankheit. Beispielsweise können Tumorzellen von einem stark proliferativen Zustand in einen invasiveren Zustand übergehen und so die Metastasierung von Krebs fördern. Andererseits können sich Immunzellen während einer Entzündung in Zellen verwandeln, die eine Entzündungsreaktion auslösen und die Gewebereparatur fördern. Eine unkontrollierte Entzündung, die außer Kontrolle gerät, kann zu Gewebeschäden und schließlich zu einem septischen Schock führen.
Eine Gruppe am Institut Curie in Paris hat nun einen neuen Auslöser dieser Prozesse auf molekularer Ebene gefunden; Arbeit, die kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht wurde Natur.
Die Forscher fanden heraus, dass Zellen, die für die Bildung von Metastasen verantwortlich sind, oder Immunzellen, die an Entzündungen und Skeptikerschock beteiligt sind, erhöhte Mengen an Kupfer aufweisen, was für Veränderungen in der Zellplastizität verantwortlich ist. Interessanterweise wird Kupfer über ein Protein namens CD44 und Hyaluronsäure, die auch als Bestandteil vieler Schönheitsprodukte bekannt ist, in die Zellen aufgenommen. Das Forscherteam hatte bereits zuvor in der Fachzeitschrift veröffentlichte Beweise für die Metallaufnahme von CD44 in Krebszellen vorgelegt Nature Chemistry. CD44 ist ein Protein, das seit Jahrzehnten umfassend untersucht wird und in vielen Zelltypen vorkommt, darunter Zellen des Immunsystems, Krebszellen, an der Wundheilung beteiligte Zellen, Vorläuferzellen roter Blutkörperchen und viele mehr. Die Wissenschaftler zeigten, dass sich das von CD44 aufgenommene Kupfer in den Mitochondrien der Zellen anreichert, den Organellen, die für die Energieproduktion verantwortlich sind.
Weitere polizeiliche Untersuchungen zur Untersuchung grundlegender Prozesse führten zu der Erkenntnis, dass Kupfer den Stoffwechsel in diesen Mitochondrien steuert, also direkte Auswirkungen auf die Energieproduktion der Zelle hat. Dies wiederum verändert die Menge an Molekülen, die als Metaboliten bezeichnet werden und die Art und Weise beeinflussen, wie Gene in der Zelle abgelesen werden. Betroffen waren insbesondere die Konzentrationen von NAD(H), einem der bekanntesten und wichtigsten Metaboliten, die in menschlichen Zellen bekannt sind. Kurz gesagt, diese Veränderungen wirken sich darauf aus, was die Zelle kann und wie sie aussieht, und wirken sich auf ihre Funktion aus.
Darüber hinaus entwickelten die Wissenschaftler ein neues kleines Medikament-ähnliches Molekül, basierend auf dem Anti-Diabetes-Medikament Metformin, das diese Prozesse blockieren kann, indem es dieses Kupfer bindet und inaktiviert. Dies beeinflusst dann die Energieproduktion der Zelle und letztendlich ihre Funktion. Im Zusammenhang mit Immunzellen könnten die Forscher so in Mausmodellen weniger aggressive Immunzellen erreichen und Entzündungen dämpfen. Dieser neue Medikamentenprototyp könnte Mäuse vor septischem Schock retten.
Aber das war noch nicht alles. Die Studie zeigte auch, dass diese grundlegenden Prozesse, die einer Entzündung zugrunde liegen, auch bei Krebs zu finden sind, genauer gesagt bei molekularen Ereignissen, die die Bildung von Metastasen auslösen können! Daher könnte dieser Ansatz möglicherweise zur Bekämpfung von Metastasen eingesetzt werden. Da jedes Jahr weltweit mehr als 11 Millionen Menschen an einem septischen Schock sterben und 90 % der Krebstodesfälle auf Metastasen zurückzuführen sind, besteht nun große Hoffnung, dass daraus neue Medikamente entwickelt werden können, die vielen Patienten auf globaler Ebene helfen könnten.
Insgesamt ist diese Studie nun vielversprechend, sowohl auf der Ebene der molekularen Grundlagenforschung als auch auf der Ebene potenzieller klinischer Anwendungen. Es stellt sich auch die Frage: Wie viel Kupfer ist gut für uns?
Quelle: Institut Curie
