Forscher erforschen das Verhalten von „Todesfalten“-Proteinen in der Hoffnung zu verstehen, warum manche Zellen zu früh und andere nicht früh genug sterben.
Faithiecannoise/iStockphoto/Getty Pictures
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Bei Alzheimer sterben Gehirnzellen zu früh ab. Bei Krebs sterben gefährliche Zellen nicht früh genug ab.
Das liegt daran, dass beide Krankheiten die Artwork und Weise verändern, wie Zellen entscheiden, wann sie ihr Leben beenden, ein Prozess, der als programmierter Zelltod bezeichnet wird.
„Zelltod klingt krankhaft, ist aber für unsere Gesundheit unerlässlich“, sagt er Douglas Inexperiencedder den Prozess jahrzehntelang am St. Jude Kids's Analysis Hospital in Memphis, Tennessee, untersucht hat.
Beispielsweise könnte es Menschen mit Alzheimer, Parkinson oder ALS (Lou-Gehrig-Krankheit) helfen, Nervenzellen dazu zu bringen, länger zu leben, sagt er, während es Menschen mit Krebs helfen könnte, Tumorzellen früher abzusterben.
Daher haben Forscher nach Krankheitsbehandlungen gesucht, die „die Tendenz einer Zelle zum Absterben modifizieren oder modulieren“, sagt Inexperienced.
Einer dieser Forscher ist Randal Halfmann am Stowers Institute for Medical Analysis in Kansas Metropolis, Missouri.
Er hat Immunzellen untersucht, die sich selbst zerstören, wenn sie mit Molekülen in Kontakt kommen, die eine Gefahr für den Körper darstellen.
„Sie müssen diese (Bedrohung) in dieser Vielzahl anderer komplexer Moleküle irgendwie erkennen“, sagt er, „und sich dann innerhalb von Minuten selbst töten.“
Sie tun dies in etwa so, wie ein Soldat auf eine Granate springen würde, um das Leben anderer zu retten.
Halfmanns Workforce hat sich auf spezielle Proteine im Inneren von Zellen konzentriert, die diesen Prozess auslösen können.
Wenn diese Proteine Moleküle erkennen, die mit einem Virus oder einem anderen Krankheitserreger in Verbindung stehen, „implodieren sie“, sagt er.
Die Proteine zerknittern und beginnen sich mit anderen zerknitterten Proteinen zu verbinden, um eine Struktur namens „“ zu bilden.Todesfalte„Polymer. Das löst eine Kettenreaktion der Polymerisation aus, die letztendlich die Zelle tötet.
Halfmanns Workforce wusste, dass dieser Prozess einen Energieschub erfordert. Aber sie konnten die Quelle nicht finden.
Dann dachten sie über a Prozess, der in wiederverwendbaren Handwärmern zu finden ist – die Wärme erzeugen, indem sie von einer Flüssigkeit in einen kristallisierten Feststoff übergehen.
Benutzer starten die Kettenreaktion, indem sie eine Metallscheibe im Inneren des Wärmers biegen. Durch die mechanische Störung bilden sich einige winzige Kristalle, die schnell zu viel größeren Kristallen heranwachsen.
„Das setzt diese ganze Energie frei“, sagt Halfmann. „Das ist genau das, was wir uns für diese Proteine vorgestellt hatten.“
Sein Workforce sorgt dafür Beweis unterstützt diese Erklärung in der Zeitschrift eLife.
Halfmann fand es etwas beunruhigend, dass so viele Zellen mit diesen Selbstzerstörungsknöpfen ausgestattet sind, die nur darauf warten, gedrückt zu werden.
„Es kam mir einfach wie eine wirklich schreckliche Artwork zu leben vor“, sagt er, „jeden Second des Lebens einer Zelle dem Risiko auszusetzen, spontan zu sterben.“
Natürlich wünscht man sich für eine Krebszelle oder eine mit einem Virus infizierte Zelle den Tod. Doch Halfmann vermutet, dass dieses haarsträubende System bei Krankheiten wie Alzheimer unnötigerweise Gehirnzellen abtötet.
Er stellt fest, dass ein Kennzeichen von Alzheimer ein fehlgefaltetes Protein namens Amyloid ist.
„Dieses Amyloid führt aus Gründen, die wir nicht wirklich verstehen, dazu, dass die Neuronen abgetötet werden“, sagt er.
Das könnte daran liegen, dass sich fehlgefaltete Amyloidproteine, ähnlich wie Todesfaltenproteine, zu replizieren scheinen und kristallähnliche Strukturen bilden.
Deshalb hat Halfmann begonnen, nach Möglichkeiten zu suchen, Gehirnzellen am Leben zu erhalten, indem er die Bildung dieser Kristalle erschwert. Er hofft, einen Ansatz zu verwenden, der ein bisschen so ist, als würde man Wasser Frostschutzmittel hinzufügen, um es vor dem Einfrieren zu bewahren.
Biotech-Firmen versuchen ebenfalls, den Prozess zu stoppen, allerdings an einem anderen Punkt – indem sie verschiedene Kommunikationswege unterbrechen, die am Zelltod beteiligt sind.
Mehrere Unternehmen arbeiten „mit Hochdruck daran“, einen bestimmten Weg zu blockieren, sagt Inexperienced. Es handelt sich um einen Weg, an dem einige der gleichen Todesfaltenproteine beteiligt sind, die Halfmanns Labor untersucht hat.
Der Weg führt zu Entzündungen sowie zum Absterben von Neuronen bei Alzheimer und anderen neurodegenerativen Erkrankungen.
Die Biotech-Unternehmen setzen auf Produkte, die als Antisense-Medikamente bekannt sind und eine Zelle daran hindern können, bestimmte Proteine, einschließlich Todesfaltenproteine, zu produzieren, sagt Inexperienced.
Wenn sie Recht haben, sagt er, werden diese Bemühungen „viele Krankheiten heilen, die wir mit Alterung und Entzündungen in Verbindung bringen“.
Dies erreichen sie zum Teil dadurch, dass sie die Artwork und Weise verändern, wie Zellen über Leben und Tod entscheiden.
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