von Kristin Raabe
Die menschliche Zelle ist eine Hochleistungsfabrik. Nach den Bauplänen in der DNA fertigt sie ständig neue Proteine. Aber was, wenn dieser Proteinfabrik plötzlich der Strom abgedreht wird?
Ohne Energie geht gar nichts mehr – auch nicht in der zellulären Proteinfabrik. Normalerweise wird eine Zelle durch den Blutkreislauf ausreichend mit Rohstoffen und Sauerstoff versorgt. Bei einem Schlaganfall bricht dieses Versorgungssystem zusammen. Ein Pfropfen in einem Blutgefäß blockiert in einem begrenzten Bereich die Versorgung der Nervenzellen. Die meisten dieser kleinen Proteinfabriken erholen sich nicht mehr davon. Und das liegt an einem besonders empfindlichen Bereich in der Proteinherstellung: dem Endoplasmatischen Reticulum.
Das endoplasmatische Reticulum muss man sich vorstellen als einen Schlauch, der weitverzweigt, netzartig sich durch die gesamte Zelle zieht. Und wenn das Endoplasmatische Reticulum nicht richtig arbeitet, dann führt das zu einer Störung der Proteinsynthese.
Wulf Paschen vom Max-Planck Institut für neurologische Forschung in Köln hat herausgefunden, wie sensibel das endoplasmatische Reticulum oder kurz ER auf Stress reagiert. Unter Stress und Energiemangel kann es seine Aufgabe nicht erfüllen. Die Folge: Die unfertigen Proteine verklumpen. Und diese Proteinklumpen sind giftig und letztlich der Tod der Zelle. In einer gesunden Zelle ist das Endoplasmatische Reticulum für die Endabfertigung zuständig. Es bringt die Proteine in die richtige Form. Dazu benötigt das ER einen besonderen Stoff, ohne den sonst gar nichts geht:
Das Endoplasmatische Reticulum benötigt für die Fertigstellung der Proteine einen sehr hohen Calciumgehalt und der Calciumgehalt in den verschiedenen subzellulären Partikeln ist sehr unterschiedlich. Im Zellsaft z. B. ist ein sehr niedriger Calciumgehalt. Im ER ist er zehntausendfach höher. Um dieses Ungleichgewicht aufrecht zu erhalten muss Calcium immer ins ER zurückgepumpt werden, um diese Calciumlecks auszugleichen und das sind energieabhängige Prozesse. Und unter Bedingungen wo energieabhängige Prozesse gestört sind kommt es zu einem Zusammenbruch...und das führt dann dazu, das die Proteinsynthese nicht mehr korrekt durchgeführt werden kann.
Ohne Energie kein Calcium und ohne Calcium keine fertigen Proteine, sondern giftige Haufen von Proteinklumpen, die die Zellen zerstören. Allerdings reagieren nur Nervenzellen so sensibel auf Lücken im Versorgungssystem. Die Stützellen im Gehirn beispielsweise überleben den Stress bei einem Schlaganfall relativ unbeschadet.
Ich bin fest davon überzeugt, dass das Hauptproblem der Nervenzellen eine überstarke Stressreaktion ist. Und das das dann, im Vergleich zu den anderen Zellen, die nicht so schnell kaputt gehen, zu einer Hemmung der Proteinsynthese führt, die stärker und langlebiger ist und dass das das Hauptproblem der Nervenzellen ist. Wir sind noch dabei herauszufinden, wie wir in diesen Prozess eingreifen können. Das ist im Moment noch nicht möglich. Aber ich bin überzeugt, wenn es möglich sein wird die Reaktivierung der Proteinsynthese in Gang zu setzen, dass die Zelle sich auch von diesem Stress erholen wird.
In Zellkulturen lassen sich Substanzen anwenden, die Verhindern, dass das Calcium das Endoplasmatische Reticulum verlässt. Die so behandelten Zellen überleben auch eine Phase ohne Sauerstoff und Nährstoffe. Allerdings ist es schwer, Wirkstoffe zu finden, die keine schädlichen Nebenwirkungen haben und sich auch beim Menschen problemlos anwenden lassen. Manchmal wünscht sich Wulf Paschen er hätte in seinem Labor eine kleine Fabrik, die genauso effizient wie die Proteinfabrik in der menschlichen Zelle, neue Substanz herstellt, die er dann einfach nur ausprobieren müsste.
Die menschliche Zelle ist eine Hochleistungsfabrik. Nach den Bauplänen in der DNA fertigt sie ständig neue Proteine. Aber was, wenn dieser Proteinfabrik plötzlich der Strom abgedreht wird?
Ohne Energie geht gar nichts mehr – auch nicht in der zellulären Proteinfabrik. Normalerweise wird eine Zelle durch den Blutkreislauf ausreichend mit Rohstoffen und Sauerstoff versorgt. Bei einem Schlaganfall bricht dieses Versorgungssystem zusammen. Ein Pfropfen in einem Blutgefäß blockiert in einem begrenzten Bereich die Versorgung der Nervenzellen. Die meisten dieser kleinen Proteinfabriken erholen sich nicht mehr davon. Und das liegt an einem besonders empfindlichen Bereich in der Proteinherstellung: dem Endoplasmatischen Reticulum.
Das endoplasmatische Reticulum muss man sich vorstellen als einen Schlauch, der weitverzweigt, netzartig sich durch die gesamte Zelle zieht. Und wenn das Endoplasmatische Reticulum nicht richtig arbeitet, dann führt das zu einer Störung der Proteinsynthese.
Wulf Paschen vom Max-Planck Institut für neurologische Forschung in Köln hat herausgefunden, wie sensibel das endoplasmatische Reticulum oder kurz ER auf Stress reagiert. Unter Stress und Energiemangel kann es seine Aufgabe nicht erfüllen. Die Folge: Die unfertigen Proteine verklumpen. Und diese Proteinklumpen sind giftig und letztlich der Tod der Zelle. In einer gesunden Zelle ist das Endoplasmatische Reticulum für die Endabfertigung zuständig. Es bringt die Proteine in die richtige Form. Dazu benötigt das ER einen besonderen Stoff, ohne den sonst gar nichts geht:
Das Endoplasmatische Reticulum benötigt für die Fertigstellung der Proteine einen sehr hohen Calciumgehalt und der Calciumgehalt in den verschiedenen subzellulären Partikeln ist sehr unterschiedlich. Im Zellsaft z. B. ist ein sehr niedriger Calciumgehalt. Im ER ist er zehntausendfach höher. Um dieses Ungleichgewicht aufrecht zu erhalten muss Calcium immer ins ER zurückgepumpt werden, um diese Calciumlecks auszugleichen und das sind energieabhängige Prozesse. Und unter Bedingungen wo energieabhängige Prozesse gestört sind kommt es zu einem Zusammenbruch...und das führt dann dazu, das die Proteinsynthese nicht mehr korrekt durchgeführt werden kann.
Ohne Energie kein Calcium und ohne Calcium keine fertigen Proteine, sondern giftige Haufen von Proteinklumpen, die die Zellen zerstören. Allerdings reagieren nur Nervenzellen so sensibel auf Lücken im Versorgungssystem. Die Stützellen im Gehirn beispielsweise überleben den Stress bei einem Schlaganfall relativ unbeschadet.
Ich bin fest davon überzeugt, dass das Hauptproblem der Nervenzellen eine überstarke Stressreaktion ist. Und das das dann, im Vergleich zu den anderen Zellen, die nicht so schnell kaputt gehen, zu einer Hemmung der Proteinsynthese führt, die stärker und langlebiger ist und dass das das Hauptproblem der Nervenzellen ist. Wir sind noch dabei herauszufinden, wie wir in diesen Prozess eingreifen können. Das ist im Moment noch nicht möglich. Aber ich bin überzeugt, wenn es möglich sein wird die Reaktivierung der Proteinsynthese in Gang zu setzen, dass die Zelle sich auch von diesem Stress erholen wird.
In Zellkulturen lassen sich Substanzen anwenden, die Verhindern, dass das Calcium das Endoplasmatische Reticulum verlässt. Die so behandelten Zellen überleben auch eine Phase ohne Sauerstoff und Nährstoffe. Allerdings ist es schwer, Wirkstoffe zu finden, die keine schädlichen Nebenwirkungen haben und sich auch beim Menschen problemlos anwenden lassen. Manchmal wünscht sich Wulf Paschen er hätte in seinem Labor eine kleine Fabrik, die genauso effizient wie die Proteinfabrik in der menschlichen Zelle, neue Substanz herstellt, die er dann einfach nur ausprobieren müsste.