Heidelberg / Metropolregion Rhein-Neckar – Ein Protein, das als körpereigenes Alarmsignal wirkt, löst in bösartigen Hirntumorzellen eine noch unbekannte Art des Zelltods aus. Charakteristisch daran ist, dass die sterbenden Zellen riesige Mitochondrien bilden. Dies entdeckten Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums und des Instituts für Pathologie der Universität Heidelberg. Gesunde Gehirnzellen dagegen sind resistent gegen diese Form des Zelltods – das Alarmprotein könnte daher möglicherweise die Behandlung gefährlicher Hirntumoren verbessern.
Entdecken Ärzte im Blut ihres Patienten hohe Konzentrationen des Proteins HMGB1, so bedeutet dies normalerweise nichts Gutes: Der körpereigene Alarmstoff weist auf ernste Erkrankungen hin wie etwa eine Blutvergiftung oder Malaria im Endstadium. Absterbende Zellen setzen HMGB1 frei. Das Protein kann an verschiedene Rezeptoren von Immunzellen andocken und setzt so entzündliche Prozesse in Gang oder aktiviert die Immunabwehr.
Privatdozent Dr. Wilfried Roth, der eine Nachwuchsgruppe im Deutschen Krebsforschungszentrum und im Pathologischen Institut der Universität Heidelberg leitet, entdeckte nun eine bisher unbekannte Wirkung des Alarmstoffs: Werden bösartige Hirntumorzellen mit gentechnisch hergestelltem HMGB1 behandelt, so sterben sie ab – und zwar auf eine Weise, die Wissenschaftler bislang noch nie beobachtet hatten1: Typisches Kennzeichen dieses neu beschriebenen Zelltods ist ein enormes Anschwellen der Mitochondrien. Diese kleinen Zellorgane versorgen normalerweise die Zelle mit Energie. Im Verlauf des HMGB1-ausgelösten Zelltods zersetzen sich sowohl die Proteine der Mitochondrien als auch deren eigenes Erbmaterial.
Besonders aufmerksam wurden die Forscher, als sie entdeckten, dass gesunde Gehirnzellen (Astrozyten) resistent gegen den HMGB1-bedingten Zelltod sind. HMGB1 wirkt darüber hinaus nicht nur in der Kulturschale: Bei Mäusen, denen Hirntumoren übertragen worden waren, ließ eine Behandlung mit HMGB1 den Krebs schrumpfen. Wissenschaftler waren bislang davon ausgegangen, dass HMGB1 durch seine immunstimulierende Wirkung dem Körper bei der Krebsbekämpfung helfen könnte. Eine direkte tödliche Wirkung auf Krebszellen war aber noch nicht bekannt.
“Wir haben noch viele offene Fragen zur Wirkungsweise von HMGB1”, sagt Wilfried Roth. So können die Wissenschaftler noch nicht erklären, warum eine äußerliche Gabe von HMGB1 das Absterben der Hirntumorzellen bewirkt – nicht aber das HMGB1, das jede Zelle ohnehin selbst bildet. “Besonders interessant erscheint uns, dass der HMGB1-ausgelöste Zelltod tumorspezifisch ist. Wir prüfen nun, ob das Alarmprotein die Behandlung der gefährlichen Glioblastome verbessern kann. Gerade bei diesen Hirntumoren stehen bis heute kaum wirksame Therapien zur Verfügung.”
1 Bisher unterschieden Wissenschaftler vier Arten des Zellsterbens: Die Nekrose entsteht durch unphysiologische Bedingungen wie pH-Wert oder Nährstoffmangel. Sie betrifft in der Regel ganze Populationen von Zellen und geht mit Membranschäden einher. Die Apoptose dient der Aufrechterhaltung von Gleichgewichtszuständen in einem Organismus (Homöostase). Sie betrifft einzelne Zellen und ist charakterisiert durch eine typische Fragmentierung der DNA. Die Seneszenz (Zellalterung) bewirkt, dass sich Zellen nicht weiter teilen können. Bei der Autophagie verdaut die Zelle eigene Bestandteile, was manchmal mit dem Zellsterben einhergeht.
Georg Gdynia, Martina Keith, Jürgen Kopitz, Marion Bergmann, Anne Fassl, Alexander N.R. Weber, Julie George, Tim Kees, Hans-Walter Zentgraf, Otmar D. Wiestler, Peter Schirmacher und Wilfried Roth: Danger signaling protein HMGB1 induces a distinct form of cell death accompanied by formation of giant mitochondria. Cancer Research 2010, DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-10-0204
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