30.07.2014

WENN SCHUTZNETZE ZUR FALLE WERDEN

WissenschaftlerInnen der Universität Salzburg haben neue wichtige Details der Struktur von „Neutrophilen Extrazellulären Fallen“, kurz „NETs“ entdeckt. Dabei handelt es sich um ein spezielles, von Abwehrzellen unseres Immunsystems gebildetes Netz aus DNA-Fäden, die bei chronisch entzündlichen Erkrankungen eine wichtige Rolle spielen. Die ZellbiologInnen haben in enger Zusammenarbeit mit der Salzburger Universitätsklinik für Pneumologie/Lungenheilkunde das Auftreten von NETs bei Chronisch Obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) untersucht. Die Ergebnisse könnten die Basis für neue therapeutische Verfahren werden.

Bei COPD handelt es sich um eine chronische, fortschreitende Lungenerkrankung, die Atemnot verursacht und im schlimmsten Fall zum Erstickungstod führt. Hauptursache ist das Rauchen. Die Krankheit ist durch Verengung der Atemwege und dauerhafte Entzündung gekennzeichnet. Eine langfristige Folge der chronischen Entzündung ist die Zerstörung des Lungengewebes. Schätzungen gehen davon aus, dass weltweit rund 600 Millionen Menschen an COPD erkrankt sind. ExpertInnen sprechen von einem globalen Phänomen.

  „Entzündungen sind eine Abwehrreaktion gegen Krankheitserreger“, erklären Professor Walter Stoiber und Dr. Wolf-Dietrich Krautgartner vom Fachbereich Zellbiologie der Universität Salzburg. „Dadurch wird unser Immunsystem mobilisiert und es entstehen NETs. Dies ist ein natürlicher Vorgang, der im Menschen automatisch abläuft. Problematisch werde die Sache jedoch dann, wenn das Immunsystem nach erfolgreicher Bekämpfung der Krankheitserreger weiter arbeitet, quasi in eine Endlosschleife gerät. Dies kann zur Schädigung gesunder Organe führen und schwere Folgeerkrankungen nach sich ziehen“.  

Forschungsgegenstand der Salzburger WissenschaftlerInnen sind Vorgänge des angeborenen Immunsystems. „Dieses folgt anderen Mechanismen als das adaptive Immunsystem, welches sich durch Anpassungsfähigkeit gegenüber neuen Krankheitserregern auszeichnet und dessen Zellen Antikörper bilden können. Das angeborene Immunsystem dagegen setzt zur Abwehr von Bakterien, Pilzen und Viren Substanzen mit Breitbandwirkung ein. Dadurch sind auch Kollateralschäden am körpereigenen Gewebe wahrscheinlicher. Das Auswerfen von Netzen durch bestimmte Zellen im Blut ist eine Spezialfunktion des angeborenen Immunsystems, welche erst seit 10 Jahren bekannt ist“, erläutert das Team.  

Weiße Blutkörperchen fangen Bakterien

Die Forschungsgruppe hat weiße Blutkörperchen, als neutrophile Granulozyten bezeichnet, untersucht. Wenn diese weißen Blutkörperchen entsprechende Signale erhalten, haben sie die Eigenschaft, sich in ihrem Inneren umzubauen. „Das führt dazu, dass die Zellen aufplatzen und dabei absterben.“ Ihre DNA, im Zellkern noch ein festes Knäuel, löst sich zuerst in einzelne Fäden auf und gelangt beim Platzen der Zelle nach außen. „Es war faszinierend zu beobachten, dass sich die DNA völlig abgespult hat“, sagt Dr. Astrid Obermayer. Sie hat den Vorgang im Elektronenmikroskop untersucht. Es bilden sich dabei unzählige DNA-Fäden, die sich netzartig verflechten. Dieses Fädengeflecht bezeichnen die WissenschaftlerInnen als Neutrophil Extracellular Traps, kurz NETs. „Die NETs sind mit giftigen Proteinen bestückt und bilden so molekulare Fallen für Bakterien, die sich in ihnen verfangen und zugrunde gehen“, erläutert Obermayer. Der ganze Vorgang ist nicht krankhaft, sondern ein normaler Teil der Immunabwehr. Problematisch dabei ist, dass NETs auch zu Fallen für den eigenen Körper werden können, wenn die toxischen Proteine gesunde Zellen angreifen. Bei einer normalen Lungenentzündung vollzieht sich die Bildung von NETs milliardenfach, so lange, bis alle Bakterien bekämpft und alles wieder ausgeheilt ist. Bei einer chronischen Entzündung läuft der Vorgang aber weiter und das Gewebe wird nachhaltig geschädigt. „Wir haben nachgewiesen, dass die Chronisch Obstruktive Lungenerkrankung mit einer massiven NETs Bildung einhergeht, die mit dem Schweregrad der Krankheit korreliert“, erklärt Stoiber. Der Vergleich von NETs im abgehusteten Schleim der COPD Patienten mit solchen, die künstlich im Reagenzglas hergestellt wurden, enthüllte bislang unbekannte Details zur Struktur der NETs. „Zweifelsohne spielen NETs bei COPD eine entscheidende Rolle. Die neu gefundenen Strukturdetails tragen dazu bei, dass deren Wirkung und schädigende Effekte noch besser verstanden werden können“, so Stoiber.  

Diese Erkenntnisse eröffnen ein weiteres Kapitel für künftige Forschungen. Weitere Untersuchungen sollen zeigen, wie zerstörerische Vorgänge blockiert werden können. „Wir können die natürliche Immunabwehr nicht stoppen, eine überbordende NETs-Bildung soll aber lokal beeinflusst werden können“, sagen die ForscherInnen.  

Das Team der BiologInnen arbeitet mit Professor Michael Studnicka und Dr. Fikreta Grabcanovic-Musija von der Salzburger Universitätsklinik für Pneumologie/Lungenheilkunde zusammen. Die Erkenntnisse der Grundlagenforschung an der Universität Salzburg gehen Hand in Hand mit weiteren klinischen Forschungen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift PLoS ONE publiziert.

Kontakt: Univ.-Prof. Dr. Walter Stoiber, Fachbereich für Zellbiologie der Universität Salzburg, E-Mail: Walter.Stoiber(at)sbg.ac.at, Tel: 0662-8044-5643

Foto: NETs mit Bakterien aus einem Laborexperiment (photographiert im Rasterelektronenmikroskop = REM) | © PLUS
Foto: NETs mit Bakterien aus einem Laborexperiment (photographiert im Rasterelektronenmikroskop = REM) | © PLUS

 

Foto: v.l.n.r.: Dr. Fikreta Grabcanovic-Musija, Dr. Astrid Obermayer, Professor Michael Studnicka, Dr. Wolf-Dietrich Krautgartner und Professor Walter Stoiber | © Kolarik