Im menschlichen Körper befinden sich mehr als 200 verschiedene Zelltypen. Jede Zelle ist darauf spezialisiert, eine bestimmte Funktion auszuüben oder ein spezialisiertes Gewebe zu bilden. Wenn Zellen nicht ordnungsgemäß funktionieren, kommt es zur Entstehung von Krankheiten. Wissenschaftler haben nun Untersuchungen durchgeführt, die eine ganz neue Welt in unseren Zellen eröffnen.

Jede Minute eines jeden Tages passt sich unser Körper an, um die Bedürfnisse des jeweiligen Augenblicks zu erfüllen. Wenn wir Kohlenhydrate essen, trainieren oder krank werden, schalten sich chemische Reaktionen in unseren Zellen ein, verlangsamen sich oder ändern die Strategie, damit wir jene Energie und Kraft haben, die wir brauchen. All dies geschieht, ohne dass wir es wissen, was vielleicht erklärt, warum so wenig darüber bekannt ist, wie der Körper diese ständigen Anforderungen wahrnimmt und darauf reagiert. Auf der Suche nach Antworten auf diese Frage führten Wissenschaftler der University of Utah Health neue Untersuchungen durch. Ihre in Science veröffentlichte Studie deckt ein riesiges Netzwerk von Wechselwirkungen auf, die darauf hindeuten, wie sich Zellen in Echtzeit anpassen, um Belastungen für unsere Gesundheit standzuhalten.

Tieferes Verständnis darüber, wie unsere Zellen funktionieren

Diese Erkenntnisse – und die Technologie, die sie möglich gemacht hat – sind die Grundlage für das von Jared Rutter, Ph.D., angesehener Professor am Department of Biochemistry an der University of Utah, mitbegründete Biotechnologieunternehmen Atavistik Bio geworden. Das Unternehmen nutzt dieses neue Verständnis, um die Arzneimittelforschung für Stoffwechselerkrankungen und Krebs zu beschleunigen. Auf einer grundlegenderen Ebene vertieft der Fortschritt das Wissen darüber, wie Zellen und unser Körper funktionieren.

Das in der Studie beschriebene Netzwerk stellt eine unterschätzte Regulationsebene in Zellen dar, die aus einer unerwarteten Quelle stammt. Seit fast 20 Jahren erforscht Rutters Labor den Stoffwechsel, die chemischen Reaktionen, die Energie erzeugen und wesentliche Komponenten bilden, die dafür sorgen, dass die Zellen reibungslos funktionieren. Ihre neue Forschung zeigt, dass Zwischenprodukte dieser chemischen Reaktionen mehr sind als passive Bausteine ​​und Brennstoffquellen für Zellen, wie lange angenommen wurde.

Stattdessen bilden diese Zwischenprodukte zusammen mit anderen Metaboliten ein weitläufiges Netz von Wächtern, die die Umgebung überwachen und die Zellen dazu veranlassen, sich bei Bedarf anzupassen. Sie tun dies, indem sie mit Proteinen interagieren und deren Funktionsweise verändern. Pumpt eine große Mahlzeit zu viele Kohlenhydrate in den Körper? Oder zu viel Fett? Wie eine Eisenbahnweiche, die einen Zug auf ein neues Gleis leitet, verschieben diese Protein-Metaboliten-Wechselwirkungen Stoffwechselvorgänge, um diese Nährstoffe abzubauen und den Kurs zu stabilisieren.

Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze

Der Erstautor der Studie, Kevin Hicks, Ph.D., entwickelte eine neue Technologie namens MIDAS, die die Größe des regulatorischen Netzwerks aufzeigt, das als Schnittstelle zwischen Umweltreizen und Zellstoffwechsel fungiert und als Protein-Metaboliten-Interaktom bezeichnet wird. Die hochempfindliche Technik identifizierte Wechselwirkungen, die noch nie zuvor beobachtet worden waren. Eine Analyse von 33 menschlichen Proteinen, die an der Umwandlung von Kohlenhydraten in Kraftstoff beteiligt sind, ergab 830 Wechselwirkungen mit Metaboliten. Angesichts der Tatsache, dass Tausende von Proteinen in der Zelle vorhanden sind, wird der Gesamtumfang des Netzwerks voraussichtlich viel größer sein. Stoffwechselprozesse, die aus den Fugen geraten, können zu Krankheiten und vielen Beschwerden führen. Die Forscher sind der Ansicht, dass das Beleuchten zusätzlicher Interaktionen im Netzwerk zu einem besseren Verständnis der Grundursachen von Krankheiten führt und zur Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze, um die Dinge wieder in Gang zu bringen.

Brustkrebszellen in der Lunge können Sekundärtumore auslösen

Wie wichtig die ordnungsgemäße Funktionsweise unserer Zellen ist, zeigt sich, wenn Krankheiten wie Krebs entstehen. So haben akutelle Forschungen herausgefunden, warum Brustkrebszellen, die sich in die Lunge ausgebreitet haben, nach jahrelangem Schlaf „aufwachen“ und unheilbare Sekundärtumoren bilden können. Ihre Forschung deckt den Mechanismus auf, der diese „Zeitbombe“ für Brustkrebs auslöst – und schlägt eine Strategie vor, um sie zu entschärfen.

Patienten mit Östrogenrezeptor-positivem (ER+) Brustkrebs – der häufigsten Art – haben ein anhaltendes Risiko, dass ihr Krebs viele Jahre oder sogar Jahrzehnte nach ihrer ursprünglichen Diagnose und Behandlung in einem anderen Teil ihres Körpers wieder auftritt. Wenn sich Brustkrebszellen vom ersten Krebs in der Brust auf andere Teile des Körpers ausbreiten, spricht man von sekundärem oder metastasiertem Brustkrebs, der zwar behandelbar, aber nicht heilbar ist. Die neue Studie, die in der Zeitschrift Nature Cancer veröffentlicht wurde, zeigte, wie molekulare Veränderungen in der Lunge, die während des Alterns auftreten, das Wachstum dieser sekundären Tumore unterstützen können.

Krebswachstumsblocker namens Imatinib

Das Team des Institute of Cancer Research, London, fand heraus, dass das in der Lunge vorhandene PDGF-C-Protein eine Schlüsselrolle dabei spielt, ob inaktive Brustkrebszellen schlafen oder „aufwachen“. Sie entdeckten, dass ein Anstieg des PDGF-C-Spiegels, was bei einer alternden Lunge wahrscheinlicher ist oder wenn ihr Gewebe beschädigt oder vernarbt wird, dazu führen kann, dass die ruhenden Krebszellen wachsen und sich zu sekundärem Brustkrebs entwickeln. Die Forscher untersuchten dann, ob die Blockierung der PDGF-C-Aktivität dazu beitragen könnte, das „Wiedererwachen“ dieser Zellen und das Wachstum sekundärer Tumore zu verhindern.

Forscher des Breast Cancer Now Toby Robins Research Center am Institute of Cancer Research arbeiteten mit Mäusen mit ER+-Tumoren und zielten auf die PDGF-C-Signalübertragung mit einem bestehenden Krebswachstumsblocker namens Imatinib ab, der derzeit zur Behandlung von Patienten mit chronischer myeloischer Leukämie eingesetzt wird. Die Mäuse wurden sowohl vor als auch nach der Entwicklung der Tumore mit dem Medikament behandelt. Bei beiden Gruppen war das Krebswachstum in der Lunge signifikant reduziert.

Die Forscher planen nun, besser herauszufinden, wie Patienten von dem bestehenden Medikament Imatinib profitieren könnten, und zielen langfristig darauf ab, spezifischere Behandlungen zu entwickeln, die auf den Mechanismus des „Wiedererwachens“ abzielen.