Geplatzte Blutzellen lassen Bakterien sprießen: CeMM/MedUni-Wien-ForscherInnen entdecken Ursache

Wien (OTS) - Der Zerfall von roten Blutkörperchen, die sogenannte
Hämolyse, ist eine schwere Komplikation bei systemischen Entzündungen
oder Krankheiten wie Malaria oder Sichelzellanämie. In Folge kommt es
häufig zu lebensbedrohlichen bakteriellen Infektionen - die Gründe
dafür waren bisher unklar. In der neuesten Ausgabe von Nature
Immunology zeigen WissenschaftlerInnen des CeMM Forschungszentrum für
Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
und der Medizinischen Universität Wien warum es zu dem
Bakterienbefall kommt. Die Studie räumt nicht nur mit alten Theorien
auf und beschreibt den tatsächlichen molekularen Mechanismus – sie
liefert auch einen neuen Therapieansatz.

Eisen war für die Wissenschaft lange Zeit der Hauptverdächtige: Als
zentraler Bestandteil des Häms im Blutfarbstoff Hämoglobin verleiht
das Metall den roten Blutkörperchen ihre Farbe und die Fähigkeit,
Sauerstoff zu transportieren – doch es ist auch ein wichtiger
Nährstoff für Bakterien. Die schweren bakteriellen Infektionen, die
häufig nach einer Hämolyse beobachtet werden, führte man daher auf
das freiwerdende, eisenhaltige Häm zurück. Diese Theorie konnte nun
von einer Forschungsgruppe unter der Leitung von Sylvia Knapp,
Direktorin für Medizinische Angelegenheiten am CeMM und Professorin
für Infektionsbiologie an der Medizinischen Universität Wien,
widerlegt werden: Häm dient nicht als Bakterienfutter, sondern lähmt
Immunzellen.

„Wir konnten im Reagenzglas und im Mausversuch zeigen, dass das
Bakterienwachstum in den meisten Fällen nicht vom Eisen im Häm
abhängt“ erklärt Rui Martins, PhD Student am CeMM und Erstautor der
Studie. „Stattdessen fanden wir heraus, dass Häm die Makrophagen
bewegungsunfähig macht - diese Fresszellen sind eine der wichtigsten
Immunzellarten für die Bakterienabwehr“. Ein bis dahin völlig
unbekannter Mechanismus wurde entdeckt: Das Häm-Molekül bringt das
Cytoskelett der Makrophagen durcheinander und nimmt den Zellen
dadurch ihre Beweglichkeit. Durch die Aktivierung eines genetischen
Schalters wächst das Cytoskelett in jede Richtung – die Zelle wird
flach, breit und steif. „Es erinnert an einen Muskelkrampf, die
Zellen werden innerhalb von drei Minuten komplett bewegungsunfähig“
beschreibt Martins die Wirkung des Häms.

Das Cytoskelett ist für die Beweglichkeit der Fresszellen
entscheidend: Es besteht aus langen, verzweigten Fasern, die sich wie
ein Gerüst durch die gesamte Zelle ziehen. Durch gezielten Auf- und
Abbau dieser Fasern kann die Zelle in bestimmte Richtungen „wachsen“,
um sich beispielsweise ein eindringendes Bakterium einzuverleiben.
Doch dafür ist ein fein abgestimmtes genetisches Programm nötig, in
dem das Protein DOCK8 eine zentrale Rolle spielt. „Durch biochemische
Versuche haben wir herausgefunden, dass Häm sich mit DOCK8 verbindet
und es dauerhaft aktiviert“ erklärt Sylvia Knapp. Dadurch geht die
Kontrolle über das Cytoskelett verloren – die Fasern wuchern in alle
Richtungen und legen die Zelle lahm.

Das Resultat: Bakterien können sich praktisch ungehindert vermehren.
Eine lebensbedrohliche Situation für Millionen Menschen weltweit, die
durch systemische Entzündungen oder Krankheiten wie Sichelzellanämie,
Malariainfektionen oder Beta-Thalassämie an Hämolyse leiden. Doch in
der nun publizierten Studie konnten die WissenschaftlerInnen um
Sylvia Knapp nicht nur die molekulare Wirkungsweise des Häms auf die
Makrophagen aufklären, sie fanden auch einen bereits zugelassenen
Wirkstoff, der die Makrophagen wieder funktionstüchtig machen kann:
„Chinin, das zur Behandlung von Malaria eingesetzt wird und von dem
man bereits vermutete, dass es an Häm bindet, blockiert auch die
Verbindung mit DOCK8“ sagt Sylvia Knapp. „Wir zeigen damit, dass es
tatsächlich möglich ist Immunzellen zu „re-aktivieren“, und die
Immunabwehr gegen Bakterien bei PatientInnen mit Hämolyse
wiederherzustellen.“

Service: Nature Immunology
Die Studie “Heme drives hemolysis-induced susceptibility to infection
via disruption of phagocyte functions” erschien am 31.10.2016 in
Nature Immunology, DOI: 10.1038/ni.3590

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