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Protein-Kettenreaktion lässt Knochen wachsen

Forscher identifzieren biochemischen Signalweg des Knochenwachstums

Menschliche Knochen © Brian C. Goss /gemeinfrei

Wie Knochenzellen äußere Beanspruchung erkennen und darauf reagieren, hat jetzt ein internationales Forscherteam herausgefunden. Sie identifzierten den biochemischen Signalweg und vier dafür entscheidende Proteine. Ihre in der Zeitschrift „Science Signaling“ erschienenen Erkenntnisse ebnen den Weg zu neuen Therapiemöglichkeiten gegen die Knochenschwund-Krankheit Osteoporose.

Knochen passen sich der jeweiligen Belastung an: Wo man Kraft auf sie ausübt, wachsen sie; wo Beanspruchung fehlt, bauen sie sich ab. Das weiß jeder, der schon mal längere Zeit einen Gips getragen hat. „Knochen sind nicht statisch, sondern unterliegen einem ständigen Umbau“, erklärt Alexander Pfeifer, Professor für Pharmakologie und Toxikologie an der Universität Bonn. Bisher war jedoch unklar, wie die Zellen mechanische Belastungen interpretieren und in den Zellkern weiterleiten. Diese Lücke haben Wissenschaftler der Universität San Diego in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Bonn jetzt geschlossen.

Kettenraktion aus vier Proteinen

Das internationale Forscherteam identifzierte einen biochemischen Signalweg in Knochenzellen, der äußere Kräfte registriert und die Information in den Zellkern weiterleitet. Dort wird das Knochenwachstum angeregt. Verantwortlich sind vier Eiweißmoleküle, die sich in einer Kettenreaktion gegenseitig anschalten und so die Botschaft weitergeben.

„Stellen Sie sich ein Schiff vor, das mit ausgeworfenem Anker fährt“, erklärt Pfeifer. „Hängt bei einem solchen Schiff der Anker am Meeresgrund fest, ist die Ankerkette gespannt und das Schiff muss mehr Gas geben, um weiterzufahren. Übertragen wir dieses Bild auf die Knochenzellen, ist der Anker der Kraftfühler der Zelle und die Schaltzentrale der Zellkern. Wir haben nun herausgefunden, wie so eine Ankerkette aussieht.“ In der Schaltzentrale, dem Zellkern, wird bei Belastung dann dafür gesorgt, dass sich mehr und bessere Knochenzellen bilden. Mäuse, bei denen die Forscher den Signalweg künstlich ausgeschaltet haben, sind kleinwüchsig: Ihre Knochenbildung ist gestört.

Hoffnung für Osteoporose-Patienten

Bei Osteoporose-Patienten ist das Gleichgewicht aus Knochenaufbau und –abbau gestört: Sie bilden nicht ausreichend Knochenmasse, um den Abbau zu kompensieren; die Knochen der Patienten brechen daher leicht. Für die Krankheit existiert bisher keine Therapie. „Knochenaufbauende Medikamente gibt es noch nicht“, so Pfeifer. Die neuen Erkenntnisse sind ein viel versprechender Schritt in diese Richtung, denn „der neue Signalweg hat einen anabolen Effekt, das heißt, er fördert den Aufbau von körpereigenem Knochengewebe.“ Seine Eiweißmoleküle sind daher aussichtsreiche Ziele für neue Medikamente gegen Osteoporose. (Science Signaling, 2010; doi: 10.1126/scisignal.2001423)

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(Universität Bonn, 14.01.2011 – NPO)

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