FORSCHUNG AM CPC-M - Qualitätskontrolle in der Zelle – Proteasom als Anzeiger für COPD-Verschlechterung

FORSCHUNG AM CPC-M

Qualitätskontrolle in der Zelle – Proteasom als Anzeiger für COPD-Verschlechterung

COPD – wenn die Luft krank macht

Rauchen, Schadstoffe in der Luft, Mikroorganismen - diese und andere Ursachen sorgen dafür, dass sich die Medizin zunehmend mit COPD auseinandersetzen muss. Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) kann bereits als Volkskrankheit bezeichnet werden, umgangssprachlich wird sie auch als „Raucherlunge“ bezeichnet. Schätzungen zufolge sind in Deutschland drei bis fünf Millionen Menschen betroffen. Die COPD-Therapie, ihre Ursachen und der Verlauf der Krankheit sind bei weitem noch nicht vollständig erforscht. Zum Beispiel fehlt es an geeigneten Biomarkern (Indikatoren), die eine Verschlechterung der Krankheit anzeigen. Das würde helfen, um den Patienten früher eine geeignetere Therapie zukommen zu lassen.

„Mülleimer“ der Zelle – Proteasom als Biomarker für COPD?

Was könnte als Biomarker, als Anzeiger für eine Verschlechterung bei COPD dienen? Verstärkt im Fokus steht hier das Proteasom. Das ist der Proteinkomplex in der Zelle, der für die Proteinqualitätskontrolle, zuständig ist. Als eine Art Putztruppe schneidet das Proteasom zell-eigene wie zellfremde Proteine in kleine Bestandteile (Peptide), damit diese wiederverwertet werden. Ein Teil dieser „Proteinschnipsel“ werden zusätzlich dem Immunsystem präsentiert. Spezialisierte Immunzellen erkennen dann die Bestandteile, die nicht dorthin gehören, etwa, wenn das Protein verändert ist oder nicht zum Körper gehört. Nach der Erkennung werden diese kranken Zellen dann abgetötet.

Was wir schon wissen: Die Proteasom-Funktion ist in den Lungen-Immunzellen von COPD-Patienten beeinträchtigt und kann Proteine nicht mehr effektiv zerschnipseln. Im Reagenzglas- wie im Mausversuch konnten wir außerdem zeigen, dass Zigarettenrauch eine verminderte Aktivität des Proteasoms verursacht und dies mit einer gehemmten Immunantwort verbunden ist. Unsere These ist deswegen, dass die Immunantwort bei COPD-Patienten nicht voll funktionsfähig ist. Das führt zum einen dazu, dass durch die Ansammlung geschädigter Proteine noch mehr Gewebe in der Lunge zerstört wird. Außerdem kann das Immunsystem nicht mehr effektiv alarmiert werden, wenn sich fremde Proteine in der Zelle vermehren wie es etwa bei Infektionen mit Viren der Fall ist. Die Krankheit schreitet also voran oder es kommen sogar noch zusätzliche, akute Verschlechterungen (Exazerbationen) dazu, wenn Infekte nicht mehr ausreichend bekämpft werden können.

Skizze: Proteasom zerhäckselt ein Protein-"Knäuel" (rot) in kleine Schnipsel
Skizze: Proteasom zerhäckselt ein Protein-"Knäuel" (rot) in kleine Schnipsel

Unsere aktuellen Untersuchungen – Proteinqualität und Datenqualität

Wir vergleichen Funktion und Aktivität des Proteasoms in den Blutzellen von COPD-Patienten unterschiedlicher Stadien mit der in den Blutzellen gesunder Menschen (geschlechts- und altersangepasst). Hier greifen wir auf die COPD-Patienten aus der COSYCONET-Kohorte zurück und auf die gesunden Studienteilnehmer der KORA-Kohorte. Ziel ist es, Blutproben von 450 Patienten der COSYCONET-Kohorte zu sammeln – jeweils 150 aus den drei Krankheitsstadien mild, mittel und schwer (GOLD I, II und III bis IV). Diese Bioproben untersuchen wir am CPC-M auf ihre Proteasom-Funktion – und wie diese mit dem Fortgang der Krankheit, mit spezifischen Symptomen der COPD-Patienten, korreliert. Außerdem untersuchen wir, inwiefern sich Begleiterkrankungen wie Asthma, Diabetes oder Adipositas auf die Proteasom-Funktion und COPD-Symptome auswirken.

Eindeutige Signale aus dem Proteasom – wie verläuft COPD?

Wir erhoffen uns, dass die Proteasom-Funktion in den Blutzellen als deutlicher Biomarker für COPD dienen kann. Sie könnte anzeigen, bei welchem COPD-Patienten mit einem Fortschreiten der Krankheit oder einer Exazerbation (akute Verschlechterung) zu rechnen ist.  Und sie könnte Aufschluss über das Ausmaß von Begleiterkrankungen geben. Insofern zeigt sich in diesem Projekt sehr gut, wie Ergebnisse und Beobachtungen aus der Grundlagenforschung für den Patienten nutzbar gemacht werden könnten.

Gruppenleiter

Prof. Dr. Silke Meiners

silke.meiners (at) helmholtz-muenchen.de
+49 89 3187-4673

Comprehensive Pneumology Center
Max-Lebsche-Platz 31
81377 München 

Prof. Dr. Holger Schulz
(Gruppenleiter bis Ende 2018)

Direktor Institut für Epidemiologie

Helmholtz Zentrum München
Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH)

Ingolstädter Landstraße 1
85764 Neuherberg

Gesamtes Team:

(von links nach rechts:)

Claudia Flexeder, Postdoktorandin
Prof. Dr. Holger Schulz
Prof. Dr. Silke Meiners
Dr. Ilona Kammerl, Postdoktorandin

Aktuelle Publikationen:

Kammerl IE et al., Am J Respir. Crit. Care Med., 2016:
Impairment of Immunoproteasome Function by Cigarette Smoke and in Chronic Obstructive Pulmonary Disease

Kammerl IE et al., Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol., 2016:
Proteasome function shapes innate and adaptive immune responses

van Rijt SH et al., Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol., 2012:
Acute cigarette smoke exposure impairs proteasome function in the lung

Meiners S et al., Eur Respir J, 2012:
What shall we do with the damaged proteins in lung disease? Ask the proteasome!

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