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Verteidigung der „eisernen Reserve“ schützt vor Krankheitserregern

Nr. 33c2 | 17.07.2015 | von Koh

Proteine, die die Eisen-Konzentration in der Zelle kontrollieren, spielen beim Kampf gegen bakterielle Infektionen eine wichtige Rolle, wie Heidelberger Wissenschaftler jetzt veröffentlichen.

Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme von Makrophagen (rot: Makrophagen-Marker, grün: Ferritin). Im Vergleich mit den wenigen Kontollzellen im Bild bilden Makrophagen mit IRP-Defekt deutlich mehr vom Eisenspeicher Ferritin (grün), den Salmonellen plündern können.
© Bruno Galy (DKFZ)

Alle Lebewesen sind auf Eisen angewiesen. Auch bakterielle Krankheiterreger, die den menschlichen Körper besiedeln, benötigen Eisen, um sich vermehren zu können. Die Eindringlinge versuchen, dem Wirt das wertvolle Element streitig zu machen. Heidelberger Wissenschaftler entdeckten nun, dass Proteine, die den intrazellulären Eisenspiegel kontrollieren, die Zelle auch vor Eisen-Diebstahl schützen können. Die Proteine bilden zusammen ein System zur Verteidigung der eisernen Reserve, das Wissenschaftler als IRP/IRE (iron regulatory protein/iron responsive element) bezeichnen.

„Wir zeigen hier, dass zwei wichtige Körpersysteme, die bislang isoliert betrachtet wurden, funktionell zusammenspielen: das angeborene Immunsystem und der Eisenstoffwechsel“, sagt Matthias Hentze, Ko-Autor der aktuellen Arbeit und Direktor am European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg.

Die Forscher untersuchten, wie Mäuse mit funktionierendem oder aber defektem Eisen- Kontrollsystem auf Salmonellen-Infektionen reagierten. Bei einer Gruppe der Tiere hatten die Forscher das IRP/IRE System in den Makrophagen, Bakterien-bekämpfenden Immunzellen, ausgeschaltet. Diesen Mäusen ging es gut, solange sie nicht infiziert waren. Nach Salmonellen-Infektion starben sie jedoch. Daraus schlussfolgern die Wissenschaftler, dass das Eisen-Kontrollystem für diese speziellen Abwehrzellen unverzichtbar ist, um die Infektion zu bekämpfen.

„Eindringenden Mikroorganismen das lebenswichtige Eisen vorzuenthalten, gehört zur angeborenen Verteidigungsstrategie des Körpers gegen Krankheiterreger“, sagt Bruno Galy. Der Letztautor der aktuellen Arbeit hat bis vor kurzem am EMBL geforscht und leitet inzwischen eine Nachwuchsgruppe am Deutschen Krebsforschungszentrum. „Wir haben nun gezeigt, dass das IRP/IRE-System die Grundlage dieser Verteidigung darstellt.“

© Petra Riedinger (EMBL)

Die Forscher verstehen derzeit noch nicht im Detail, wie das IRP/IRE-System den Makrophagen dabei hilft, die Salmonellen zu vernichten. Sie haben die Theorie, dass die IRP-Proteine den Makrophagen dabei helfen, das Eiweiß Lipocalin 2 zu produzieren, das die Eisenaufnahme der Bakterien blockiert. Eine andere Möglichkeit wäre, dass das IRP/IRE-System die Produktion von Ferritin unterdrückt – ein Protein, das der Zelle als Eisenspeicher dient. Eindringende Bakterien können diese Speicher plündern. Je mehr Ferritin die Zelle produziert, desto größere Eisen-Vorräte finden die Bakterien darin vor.

Die Forscher um Bruno Galy wollen nun untersuchen, ob das IRP/IRE-System auch bei Infektionen mit anderen Bakterien, Viren oder Parasiten eine Rolle spielt. Außerdem wollen sie herausfinden, ob auch Entzündungen durch das IRP/IRE System beeinflusst werden. Diese spezielle Form der Immunreaktion trägt zum Fortschreiten von Krankheiten wie Krebs oder Arteriosklerose bei. Daher suchen Wissenschaftler nach den zugrundeliegenden Mechanismen, um neue Entzündungshemmer zu entwickeln.

Die Arbeit wurde mit Kooperationspartner an den Universitäten Innsbruck und Unversität Washington durchgeführt.

Manfred Nairz, Dunja Ferring-Appel, Daniela Casarrubea, Thomas Sonnweber, Lydie Viatte, Andrea Schroll, David Haschka, Ferric C. Fang, Matthias W. Hentze, Guenter Weiss, and Bruno Galy: Iron Regulatory Proteins Mediate Host Resistance to Salmonella Infection: CELL Host & Microbe 2015. DOI: 10.1016/j.chom.2015.06.017 

Das Deutsche Krebsforschungszentrum (DKFZ) ist mit mehr als 3.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die größte biomedizinische Forschungseinrichtung in Deutschland. Über 1000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen im DKFZ, wie Krebs entsteht, erfassen Krebsrisikofaktoren und suchen nach neuen Strategien, die verhindern, dass Menschen an Krebs erkranken. Sie entwickeln neue Methoden, mit denen Tumoren präziser diagnostiziert und Krebspatienten erfolgreicher behandelt werden können. Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Krebsinformationsdienstes (KID) klären Betroffene, Angehörige und interessierte Bürger über die Volkskrankheit Krebs auf. Gemeinsam mit dem Universitätsklinikum Heidelberg hat das DKFZ das Nationale Centrum für Tumorerkrankungen (NCT) Heidelberg eingerichtet, in dem vielversprechende Ansätze aus der Krebsforschung in die Klinik übertragen werden. Im Deutschen Konsortium für Translationale Krebsforschung (DKTK), einem der sechs Deutschen Zentren für Gesundheitsforschung, unterhält das DKFZ Translationszentren an sieben universitären Partnerstandorten. Die Verbindung von exzellenter Hochschulmedizin mit der hochkarätigen Forschung eines Helmholtz-Zentrums ist ein wichtiger Beitrag, um die Chancen von Krebspatienten zu verbessern. Das DKFZ wird zu 90 Prozent vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und zu 10 Prozent vom Land Baden-Württemberg finanziert und ist Mitglied in der Helmholtz-Gemeinschaft deutscher Forschungszentren.

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