Meine Merkliste
my.bionity.com  
Login  

Röntgenuntersuchung enthüllt wichtigen Mechanismus bei parkinsonartigen Erkrankungen

Gendefekt führt bei erblichen Formen der Nervenkrankheit zu Manganvergiftung in der Zelle

21.01.2019

CNRS, Richard Ortega

Röntgenfluoreszensaufnahme (links) der Verteilung von Mangan (grün) in den untersuchten Zellen (rot). Die Epifluoreszenzaufnahme (rechts) zeigt, dass das Mangan sich vor allem im Golgi-Apparat (rot) ansammelt, der Zellkern ist blau dargestellt.

Eine neue Röntgenstudie enthüllt einen zentralen Mechanismus bei bestimmten erblichen parkinsonartigen Erkrankungen. Die Untersuchung zeigt detailliert, wie die Vergiftung mit dem Metall Mangan in der Zelle abläuft, die zu parkinsonartigen Symptomen führt. Das Mangan sammelt sich demnach bei einem speziellen Gendefekt im sogenannten Golgi-Apparat in der Zelle an. Das haben Untersuchungen bei DESY sowie an der Europäischen Synchrotron-Strahlungsquelle ESRF im französischen Grenoble gezeigt, wie Forscher um Richard Ortega von der Universität Bordeaux im Fachblatt „ACS Chemical Neuroscience“ berichten.

„Ein genaues Verständnis dieser Manganvergiftungen ist ein entscheidender Schritt, um eine mögliche Therapie entwickeln zu können“, betont Ortega. Parkinsonismus beschreibt eine Gruppe von Erkrankungen des Nervensystems, die unter anderem zu der charakteristischen Schüttellähmung führen. Von der eigentlichen Parkinson-Krankheit, bei der in der Regel keine Ursache gefunden wird, ist weltweit etwa einer von hundert Menschen im Alter von mehr als 60 Jahren betroffen. Daneben gibt es symptomatische Parkinsonsysndrome, die durch ganz unterschiedliche Ursachen ausgelöst werden können. So gilt eine Vergiftung mit Mangan, das in geringen Konzentrationen lebenswichtig ist, als eine mögliche Ursache für bestimmte Formen der Nervenkrankheit.

Die Forscher um Ortega hatten eine Mutation im Gen SLC30A10 untersucht, die zuvor bei einer Reihe von familiären Parkinsonismusfällen aufgefallen war und offensichtlich zu vererbten Erkrankungen führen kann. „SLC30A10 ist für den Mangan-Transport aus der Zelle hinaus verantwortlich“, erläutert Ko-Autor Somshuvra Mukhopadhyay von der Universität von Texas in Austin, der diese Funktion des Gens und des zugehörigen Proteins in einer früheren Studie identifiziert hatte. „Bei der mutierten Form ist dieser Transport gestört und es kommt zu giftigen Konzentrationen des Metalls in der Zelle.“

Die Wissenschaftler wollten herausfinden, wo sich das Mangan in der Zelle genau ansammelt. „Mit einem feinen Röntgenstrahl, der das Metall fluoreszieren lässt, haben wir eine Vielzahl mutierter und unmutierter Zellen abgerastert“, berichtet Ko-Autorin Kathryn Spiers von der Messstation P06 an DESYs Röntgenlichtquelle PETRA III, wo die ersten Untersuchungen stattgefunden haben. „Dabei leuchtete Mangan vor allem im Golgi-Apparat mutierter Zellen auf“, ergänzt Projektleiterin Asuncion Carmona aus Ortegas Gruppe. Der Golgi-Apparat ist eine Zell-Organelle und funktioniert wie eine Versandzentrale für Proteine: Sie empfängt die Eiweißmoleküle aus dem Endoplasmatischen Retikulum, baut manche davon noch etwas um und versieht sie mit einer Art Adressaufkleber für den Transport. Verschickt werden die Proteine dann in kleinen Bläschen, den sogenannten Vesikeln.

Die Zieladresse kann innerhalb und außerhalb der Zelle liegen. Weitere Untersuchungen an der Europäischen Synchrotronstrahlungsquelle ESRF zeigten, dass sich das Mangan vor allem in den Transportvesikeln anreichert. Die Forscher vermuten, dass dadurch insbesondere der Proteintransport aus der Zelle hinaus gestört und so die Nervenfunktion beeinträchtigt wird, was zu den beobachteten parkinsonartigen Symptomen führt. In gesunden Zellen ließ sich eine entsprechende Anreicherung des Metalls im Golgi-Apparat nicht feststellen.

„Diese Arbeit hat besonders von den Möglichkeiten der verschiedenen Forschungslichtquellen profitiert“, betont Gerald Falkenberg, Leiter der DESY-Messstation P06. „Während wir die Folgen der Genmutation zunächst bei DESY aufgeklärt haben, wo sich mit dem hellen Strahl von PETRA III an unserem Versuchsaufbau eine große Zahl gesunder und mutierter Zellen schnell abrastern ließ, konnten wir anschließend mit höchstauflösenden Messungen an wenigen mutierten Zellen an der ESRF den genauen Ort der Mangan-Ablagerungen einkreisen.“

Bislang haben die Forscher erst eine von mehreren bekannten Mutationen in dem fraglichen Gen untersucht. Dazu verwendeten sie sogenannte HeLa-Zellen. Diese Zelllinie ist in der Forschung extrem weit verbreitet und eine Art Standard für Zelluntersuchungen. HeLa-Zellen sind für ein großes Untersuchungsspektrum eingesetzt worden, vom Test des Polio-Impfstoffs über die Genkartierung bis hin zu Produkttests. Es handelt sich allerdings nicht um Nervenzellen, sondern um Zellen aus dem Grenzgewebe (Epithel) einer Krebsgeschwulst. Es wäre daher interessant, diese Mangananreicherung als nächstes krankheitsnäher zu untersuchen, beispielsweise an entsprechend genmutierten Nervenzellen, betonen die Wissenschaftler.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
  • News

    Baubeginn des Inkubators für Hightech-Gründungen auf Hamburger DESY-Campus

    Mit einem symbolischen ersten Spatenstich haben Hamburgs Erster Bürgermeister Dr. Peter Tschentscher, die Zweite Bürgermeisterin und Wissenschaftssenatorin Katharina Fegebank, der Vorsitzende des DESY-Direktoriums Prof. Helmut Dosch, der Präsident der Universität Hamburg Prof. Dieter Lenzen ... mehr

    DESY Innovation Village: Einweihung für Start-ups und Gründer

    „We Love Innovation“ war das passende Motto, unter dem das DESY Innovation Village am Valentinstag, in Anwesenheit des DESY-Direktoriums und Vertretern des Bundes und der Freien und Hansestadt Hamburg offiziell eingeweiht worden ist. Es bietet den DESY-Start-ups Büroräume, Werkstatt- und La ... mehr

    Ein neuer Weg in die Spiegelwelt

    Zur Untersuchung des Phänomens der sogenannten molekularen Händigkeit in der Natur haben Wissenschaftler eine neue Methode entwickelt, um maßgeschneiderte Spiegelmoleküle herzustellen. Die vorgeschlagene Technik kann normale Moleküle so schnell drehen lassen, dass diese ihre normale Symmetr ... mehr

  • Videos

    PETRA III - Vorstoß in den Nanokosmos

    Vor 100 Jahren, im Jahr 1912, hat Max von Laue die Beugung von Röntgenstrahlung an Kristallen entdeckt und damit das Tor zur Erforschung des Nanokosmos aufgestoßen. Die sogenannte Röntgenstrukturanalyse hat sich heute zu einem der wichtigsten Werkzeuge in der Nano- und Bioforschung entwicke ... mehr

Mehr über Université Bordeaux
Mehr über European Synchrotron Radiation Facility
  • News

    Der Weg eines Metallpräparats in einer Brustkrebszelle

    Einige Krebsarten können nicht mit einer klassischen Chemotherapie behandelt werden. Wissenschaftler von Inserm, CNRS, Sorbonne University, PSL University, University Grenoble Alpes und ESRF, dem ESRF, dem europäischen Synchrotron, arbeiten an einem metallorganischen Molekül als Antitumormi ... mehr

    Mechanismus des bakteriellen Geruchssinns entdeckt

    Wissenschaftler des Moskauer Instituts für Physik und Technologie (MIPT) haben in Zusammenarbeit mit Kollegen vom Forschungszentrum Jülich, dem Institut de Biologie Structurale (IBS) und der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble eine Erklärung für einen universellen Mec ... mehr

    Forscher vergleichen Äpfel mit Birnen: Beide atmen

    (dpa)Äpfel und Birnen enthalten eine Art Luftröhren, mit denen sie atmen. Und diese Atmung sei sogar noch nach der Ernte zu beobachten, berichten Forscher der Europäischen Synchrotronstrahlungsquelle (ESRF) in Grenoble. Zusammen mit Wissenschaftlern der Katholischen Universität Löwen in Bel ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.