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Diskus-Werfen mit Krebssignalen

Wissenschaftler aus dem Deutschen Krebsforschungszentrum und der Medizinischen Fakultät Mannheim der Universität Heidelberg entdeckten, dass das Signalprotein Wnt, dass bei der Embryonalentwicklung und bei der Entstehung von Krankheiten wie Krebs eine wichtige Rolle spielt, auf kleinen Diskus-ähnlichen Scheiben, so genannten Exosomen, transportiert wird.

Aus der Zelle links werden gerade Wnt-Exosomen ausgeschleudert (elektronenmikroskopische Aufnahmen) © Michael Boutros, DKFZ

Auf der Ebene der Zellen sprechen Fliege, Frosch und Mensch eine gemeinsame Sprache. Sie kommunizieren mit Signalen wie den „Wnt" Proteinen. Die Zellen nutzen dieses universelle Verständigungsmittel, um wichtige Informationen weiterzuleiten, etwa über die Grundbaupläne des Körperbaus. Vermittlungsfehler bei der Weitergabe dieser Botschaften haben meist fatale Folgen. Während der Embryonalentwicklung resultieren daraus schwere Missbildungen, im späteren Leben ist Krebs eine häufige Folge fehlerhafter Wnt-Signale.

Zwar wird der Wnt-Signalweg, der an zahlreichen Entwicklungsprozessen beteiligt ist, seit langem intensiv erforscht, aber viele Fragen, darunter die nach dem Transport der entsprechenden Signalproteine an den Empfängerort, waren bisher ungeklärt. Wnt-Gene kodieren für sekretorische Lipoproteine, das sind fetthaltige, wasserabstoßende Proteine, die von den Wnt-produzierenden Zellen abgegeben und auf bisher ungeklärte Weise zum Zielort gelangen, wo die passenden Rezeptorproteine an der Zelloberfläche das Wnt-Protein binden und eine intrazelluläre Signalkaskade in Gang setzen. Wnt dirigiert die Ausformung der Körpergestalt, dabei muss es über große Distanzen im Organismus verschickt werden. „Da es sich jedoch um ein wasserabstoßendes Protein handelt, geht das nicht ohne geeignete Verpackung", erklärt Prof. Dr. Michael Boutros. Seine Abteilung ist sowohl am Deutschen Krebsforschungszentrum als auch an der Medizinischen Fakultät Mannheim der Universität Heidelberg angesiedelt.

Wissenschaftler aus Boutros‘ Team kamen nun den Geheimnissen des Wnt-Transports auf die Spur. Im Inneren der Wnt-abgebenden Zellen formen sich kleine Bläschen aus Zellmembran. Deren Wand wiederum stülpt sich nach innen ein und bildet so genannte Exosomen, winzige Fähren, die das Wnt-Protein enthalten. Diese Fähren werden dann wie ein Diskus aus der Zelle geschleudert und auf die Reise geschickt.

Allerdings ist der Transport via Exosomen nicht der einzige Weg, das Wnt-Signal zu vermitteln: Unterdrückten die Forscher die Bläschen-Bildung in den Zellen, so kam das Wnt-Signal nicht vollständig zum Erliegen. „Wir vermuten daher, dass die verschiedenen Arten der Signalvermittlung unterschiedliche biologische Funktionen haben. So könnte es für die Zielzelle einen Unterschied machen, ob sie das biologische Signal über einzelne Wnt-Moleküle empfängt oder ob gleich ein ganzes vollbeladenes Exosom ankommt“, vermutet Dr. Julia Gross, eine Autorin der Arbeit.

Für das Signalprotein Wnt ist eine wichtige Rolle bei der Krebsentstehung beim Menschen nachgewiesen, es wurde sogar in bösartigen Tumoren erstmals entdeckt. Viele Tumorzellen produzieren zu viel Wnt, das andere Zellen dazu bewegt, sich zu oft zu teilen oder resistent gegen Chemotherapien zu werden. Wnt schaltet wichtige Tumorsuppressor-Proteine aus, die als Wachstumsbremsen wirken. So treibt es das Tumorwachstum an.

Wissenschaftler entdecken zunehmend die Rolle der Exosomen bei vielen biologischen Vorgängen. So konnten amerikanische Forscher kürzlich beim bösartigen schwarzen Hautkrebs zeigen, dass die Tumorzellen Exosomen voller krebsfördernder Proteine abgeben, die das umgebende Gewebe empfänglich für die Ansiedlung von Tumormetastasen machen. Auch die Wnt-Exosomen könnten bei der Krebsentstehung eine Rolle spielen, vermuten Boutros und seine Mitarbeiter. Außerdem wollen sie prüfen, ob die im Blut einfach nachzuweisenden Wnt-Exosomen als neuer Tumormarker medizinisch genutzt werden können.

Diese Forschungsarbeiten wurden im Rahmen der DFG-geförderten Forschergruppe 1036 und des Exzellenzcluster CellNetworks an der Medizinischen Fakultät Mannheim der Universität Heidelberg und dem Deutschen Krebsforschungszentrum durchgeführt.

Publikation: Julia Christina Gross, Varun Chaudhary, Kerstin Bartscherer und Michael Boutros: Active Wnt proteins are secreted on exosomes. Nature Cell Biology 2012, DOI: https://www.gesundheitsindustrie-bw.dedx.doi.org/10.1038/ncb2574

 

Glossar

  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Für den Begriff Organismus gibt es zwei Definitionen: a) Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren und selbstständig, d. h. ohne fremde Hilfe, zu existieren (Mikroorganismen, Pilze, Pflanzen, Tiere einschließlich Mensch). b) Legaldefinition aus dem Gentechnikgesetz: „Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren oder genetisches Material zu übertragen.“ Diese Definition erfasst auch Viren und Viroide. Folglich fallen gentechnische Arbeiten mit diesen Partikeln unter die Bestimmungen des Gentechnikgesetzes.
  • Proteine (oder auch Eiweiße) sind hochmolekulare Verbindung aus Aminosäuren. Sie übernehmen vielfältige Funktionen in der Zelle und stellen mehr als 50 % der organischen Masse.
  • Rezeptoren sind Moleküle, die u. a. auf Zelloberflächen anzutreffen sind und die in der Lage sind, ein genau definiertes Molekül – ihren Liganden – zu binden. Das Zusammentreffen von Ligand und Rezeptor kann eine Abfolge von Reaktionen innerhalb der Zelle auslösen.
  • Chemotherapie ist eine Behandlung von Krankheiten, insbesondere Krebs, unter Einsatz von Chemotherapeutika (Medikamente zur Wachstumshemmung von (Krebs)-Zellen).
  • Ein Tumor ist eine Gewebsschwellung durch abnormales Zellwachstum, die gutartig oder bösartig sein kann. Gutartige (benigne) Tumore sind örtlich begrenzt, während Zellen bösartiger (maligner) Tumore abgesiedelt werden können und in andere Gewebe eindringen können, wo sie Tochtergeschwulste (Metastasen) verursachen.
  • Das Sezernieren einer Substanz oder Flüssigkeit ist das Absondern dieser Substanz oder Flüssigkeit aus einem Gewebe oder aus Zellen, meist ohne dass eine Drüse vorhanden ist.
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