Die Lungenerkrankung COPD ist ein Sammelbegriff für chronisch-obstruktive Bronchitis und Lungenemphysem und entsteht vor allem als Reaktion auf Umweltschadstoffe – insbesondere Zigarettenrauch – oder aufgrund von Gendefekten. Weltweit sind fast 300 Millionen Menschen von COPD betroffen, von denen jedes Jahr etwa drei Millionen sterben. Dass bestimmte Ionenkanäle in Immunzellen entscheidend an dem entzündlichen Geschehen beteiligt sind, haben jetzt der LMU-Pharmakologe Prof. Christian Grimm vom Walther-Straub-Institut für Pharmakologie und Toxikologie in Kooperation mit Prof. Martin Biel vom Department Pharmazie und Dr. Ali Önder Yildirim vom Helmholtz Zentrum München nachgewiesen (siehe Nature Communications, online 14.1.2022). Diese Ionenkanäle könnten nach Ansicht der Wissenschaftler Angriffsziele für neue Therapien sein.
Alveolarmakrophagen sind Immunzellen, die auf der Oberfläche der Lungenbläschen vorkommen. Sie sekretieren verschiedene Entzündungsmediatoren, darunter die sogenannte Makrophagenelastase MMP12. Von diesem Molekül war bereits bekannt, dass es die Entwicklung von Lungenemphysemen fördert, wenn es im Überschuss vorliegt. Wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun in zwei unabhängigen Mausmodellen zeigen konnten, spielt der Ionenkanal TRPML3 bei der Regulation von MMP12 eine wesentliche Rolle: Der Kanal kommt in der Lunge fast ausschließlich in Alveolarmakrophagen vor. Wird er experimentell bei Mäusen ausgeschaltet, zeigten solche „Knockout-Mäuse“ erhöhte MMP12-Level in der Lunge. Lungenfunktionstests bestätigten daraus folgende Lungenschäden, die sich durch die Behandlung mit Tabakrauch oder Elastase – beides fördert COPD – verschlimmerten.
Mithilfe verschiedener Methoden untersuchten die Forscher daraufhin die Expression und Funktion des Ionenkanals TRPML3 in der Lunge, um aufzuklären, wie die Makrophagenelastasen-Menge (MMP12-Konzentration) reguliert wird. „Zu unserer Überraschung fanden wir, dass bei COPD nicht die Sekretion von MMP12 beeinträchtigt ist, sondern die Endocytose (Aufnahme in die Zelle). Durch die Entzündung wird also nicht mehr MMP12 ausgeschüttet, sondern die Wiederaufnahme von überschüssigem MMP12 durch TRPML3 funktioniert nicht genügend“, sagt Grimm. „Dazu passt auch, dass wir mithilfe der Patch-Clamp-Technik nachweisen konnten, dass der Kanal vor allem in den sogenannten frühen Endosomen exprimiert wird, deren Funktion es ist, Partikel aufzunehmen.“
Der Vergleich von Proben menschlicher Patienten mit und ohne COPD zeigte, dass der Ionenkanal TRPML3 bei COPD-Patienten sehr stark hochreguliert ist, also verstärkt gebildet wird. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Körper auf diese Weise versucht, schädlichen Einflüssen entgegenzusteuern, indem möglichst viel von der schädlichen Makrophagenelastase (MMP12) abgebaut wird. Insgesamt deuteten diese Ergebnisse demnach darauf hin, dass der Ionenkanal TRPML3 ein wichtiger Regulator der MMP-12-Aufnahme durch Alveolarmakrophagen ist und als therapeutisches Ziel für COPD dienen könnte.
Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München