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Göttingen Göttinger Forscher klären Verankerung von Flimmerhärchen in Atemwegen
Campus Göttingen Göttinger Forscher klären Verankerung von Flimmerhärchen in Atemwegen
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21:25 11.06.2014
Elektronenmikroskopische Aufnahme: Lungenzellen mit ihren beweglichen Flimmerhärchen. Quelle: EF
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Göttingen/Berkeley

Sind diese Härchen in ihrem Aufbau oder ihrer Funktion gestört, können Atemwegserkrankungen oder Unfruchtbarkeit die Folge sein.

Wissenschaftler am Göttinger Max-Planck-Institut (MPI) für biophysikalische Chemie haben zusammen mit Kollegen an der University of California in Berkeley (USA) und der Universität Göttingen nun entschlüsselt, über welchen Mechanismus die Verankerung der Flimmerhärchen an der Zelloberfläche gesteuert wird. Ihre Ergebnisse tragen dazu bei, die Ursachen von Atemwegserkrankungen besser zu verstehen.

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Weil sie nur Bruchteile von Millimetern klein sind, unterschätzt man Flimmerhärchen leicht in ihren Fähigkeiten. Doch wenn Hunderte von ihnen im Gleichklang peitschenartig schlagen, erzeugen sie eine kräftige Strömung, die unsere Atemwege reinigt und die Lunge schützt. Eizellen aus dem Eierstock erreichen dank ihrer Hilfe die Gebärmutter.

Nicht zuletzt geben Flimmerhärchen während der frühen Entwicklung des Embryos im Mutterleib die Richtung vor. Indem sie bestimmte Botenstoffe verteilen, sorgen die Härchen dafür, dass sich die Organe an der richtigen Stelle ausbilden. Ist dieser Prozess gestört, kann ein Situs inversus die Folge sein: Alle Organe liegen spiegelverkehrt im Körper.

Gute Verankerung benötigt

Um nicht von der eigenen Schlagkraft mitgerissen zu werden, benötigen die agilen Flimmerhärchen allerdings eine gute Verankerung. Diese Aufgabe übernimmt der sogenannte Basalkörper. Diese Struktur aus verschiedenen Proteinen verbindet das Flimmerhärchen an seinem Fuß fest mit der Zelloberfläche.

Die Forscher haben jetzt entdeckt, dass bei der Verankerung und Ausbildung der winzigen Härchen sechs kleine Nukleinsäure-Moleküle – sogenannte Mikro-RNAs – eine Schlüsselrolle spielen. In den mit Haaren besetztenZellen der Luftröhre und Lunge sind diese sechs Mikro-RNAs besonders aktiv.

Zigarettenrauch beispielsweise reduziert ihre Menge maßgeblich und könnte eine der Ursachen für die bekannten Schädigungen der Atemwege bei Kettenrauchern sein. Um die Rolle der beiden Genfamilien in Zellen der Atemwege genauer zu untersuchen, schalteten die Wissenschaftler alle sechs Mikro-RNAs in Mäusen aus.

„Als Folge entwickelten die Nager Symptome, die auch Menschen mit einer seltenen Atemwegserkrankung namens Primäre Ziliäre Dyskinesie zeigen“, sagt Michael Kessel, Leiter der Forschungsgruppe Entwicklungsbiologie am MPI für biophysikalische Chemie.

Wiederkehrende Atemwegserkrankungen

Menschen, die an Primärer Ziliärer Dyskinesie (PCD) leiden, haben zu wenige oder verkürzte Flimmerhärchen. Als Folge leiden sie unter immer wiederkehrenden Atemwegserkrankungen, auch Unfruchtbarkeit ist verbreitet. Bei rund der Hälfte der PCD-Patienten sind zudem die Organe seitenverkehrt angelegt.

„Ein ganz ähnliches Krankheitsbild sehen wir bei Mäusen, denen alle sechs Mikro-RNAs fehlen. Auch diese Nager erkranken an den Atemwegen und sind zusätzlich unfruchtbar. Einen Situs inversus entwickeln sie dagegen nicht“, berichtet Kessel

„Auch bei diesen Tieren sind die Flimmerhärchen auffällig verändert: Sie sind zu kurz, in ihrer Anzahl stark reduziert oder fehlen ganz“, so Kessel.

Da die sechs Mikro-RNAs in allen Wirbeltieren vorkommen, hofft das Forscherteam, dass der neu entdeckte Regulationsmechanismus dazu beiträgt, die molekulare Biologie der Flimmerhärchen und die Ursachen von Atemwegserkrankungen wie Primäre Ziliäre Dyskinesie oder andere chronische Lungenerkrankungen besser zu verstehen.

jro/eb

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