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Montag, 23.10.2017
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Enzyme "pumpen" Herzen auf

Biochemischer Schalter für ungebremstes Wachstum von Herzmuskelzellen entdeckt

Die Herzmuskelschwäche ist eine der wichtigsten Todesursachen in den Industrieländern. Auslöser der Erkrankung ist das ungebremste Wachstum der Herzmuskelzellen. Würzburger Forscher haben nun den entscheidenden biochemischen Schalter entdeckt, der diesen Mechanismus steuert und beschreiben ihn in der Fachzeitschrift „Nature Medicine“.
Modell eines menschlichen Herzens

Modell eines menschlichen Herzens

Wenn ein Herz vermehrt belastet wird - durch Sport oder durch erhöhten Blutdruck - dann wächst es. Ganz konkret werden die einzelnen Herzmuskelzellen größer. Auf diese Weise versucht das Herz, auch bei höherer Belastung seine Leistung konstant zu halten. Wenn ein Herz aber zu stark wächst, dann sterben die Herzmuskelzellen ab, das Herz vernarbt und seine Leistungsfähigkeit lässt nach. Die Folge ist die Herzmuskelschwäche, eine Erkrankung, die heute nur schwer zu therapieren und nicht zu heilen ist.

Schon seit längerem kennt man zwei Motoren des Zellwachstums: Die Enzyme ERK 1 und ERK 2 - extrazellulär regulierte Kinasen. Diese Enzyme haben vielfältige Wirkungen, sie beeinflussen zum Beispiel die Zellteilung, Zelltod und die embryonale Entwicklung, und sie führen zu Krebs.

Enzymwirkung beim Herzen lange Zeit umstritten


Umstritten war dagegen bisher ihre Bedeutung im Herzen. Doch die Forscher um Kristina Lorenz und Martin Lohse vom Institut für Pharmakologie und vom Rudolf-Virchow-Zentrum der Universität Würzburg konnten nun zeigen, dass diese Enzyme maßgeblich auch im Herzen das ungebremste Wachstum verantworten.


Das macht sie zu einem wichtigen Ansatzpunkt für das Verständnis und die Therapie der Herzmuskelschwäche. Wie diese Enzyme arbeiten wollten die Forscher ganz genau wissen. Dazu untersuchten sie die Enzyme in isolierten Herzmuskelzellen, in Mäusen nach Stimulation verschiedener Signalwege und in Herzmuskelgewebe von Patienten mit chronischer Herzschwäche.

Bereits bekannt war, wie die ERKs an anderen Stellen des Körpers arbeiten: Sie werden von Hormonen und Wachstumsfaktoren aktiviert, indem sie chemisch verändert werden. Das geschieht, indem an zwei Stellen der ERKs Phosphatgruppen angehängt werden. Diese Stellen sind also die Aktivierungs-Schalter der ERKs. Bei Aktivierung geben die ERKs das Signal dann an nachgeschaltete Proteine weiter. Im Herzen und den isolierten Herzmuskelzellen haben die Forscher diese beiden Aktivierungs-Schalter wiedergefunden.

Hauptschalter für das Zellwachstum entdeckt


Im Herzen entdeckten Lorenz und ihre Kollegen aber jetzt noch eine dritte Stelle, die quasi der Hauptschalter für das Zellwachstum ist. Dieser wird erst umgelegt, also chemisch durch einen Phosphatrest verändert, wenn die beiden anderen Schalter aktiv sind und viele verschiedene krank machende Stimuli wie Bluthochdruck oder Stresshormone auf die ERKs einwirken. Der Impuls gelangt zu den ERKs über so genannte G-Proteine, die bei vielen Signalvorgängen in Zellen eine Rolle spielen.

Wird der Schalter einmal umgelegt, so wandern die ERKs in den Zellkern. Dort aktivieren sie mehrere Gene, von denen man bereits weiß, dass sie zu Zellwachstum führen.

Um die Ergebnisse zu überprüfen, haben die Würzburger Forscher bei Mäusen den dritten Schalter entfernt, also die Bindestelle für einen Phosphatrest. Im Gegensatz zu normalen Mäusen waren die Herzen der veränderten Mäuse gegen Hormone, die sonst Herzwachstum auslösen, und gegen experimentellen Bluthochdruck resistent - die Größe des Herzens blieb unauffällig und die Mäuse wurden, anders als ihre normalen Artgenossen, nicht krank.

Bald neue Therapie für die chronische Herzschwäche?


Umgekehrt fanden die Forscher bei Mäusen, bei denen der dritte Schalter genetisch schon aktiviert war, eine besondere Empfindlichkeit für Belastungen, denen normale Mäuseherzen ohne weiteres gewachsen waren.

„Diesen Mechanismus könnte man sich zu Nutze machen. Eine gezielte Blockade dieses Schalters für das Zellwachstum könnte eine neue Therapie für die chronische Herzschwäche darstellen“, so Lohse. Darüber hinaus fragen sich die Forscher auch, ob andere Wachstumsvorgänge den gleichen Schalter benutzen - bis hin zu Krebserkrankungen. Sie suchen also nach den gleichen Veränderungen der ERK in Tumoren. Diese Suche hat aber gerade erst begonnen.
(Rudolf-Virchow-Zentrum / DFG - Forschungszentrum für Experimentelle Biomedizin, 02.01.2009 - DLO)
 
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