Zellalterung im Lungenepithel

Probe aus einer Lungenfibrose: Grüne Zellen sind Teil des Lungenepithels, rote Zellen befinden sich in der Seneszenz. Die Zellkerne sind blau eingefärbt. Quelle: Helmholtz Zentrum München

Eine Lungenfibrose kann möglicherweise auf eine Art Alterungsprozess der Zellen, die sogenannte Seneszenz, zurückgeführt werden. Das zeigen Forscherinnen und Forscher des Helmholtz Zentrums München, Partner im Deutschen Zentrum für Lungenforschung (DZL). Wie sie im ‚European Respiratory Journal‘ berichten, konnten sie diesem Mechanismus in der Zellkultur bereits durch Medikamente entgegensteuern.

Bei einer Lungenfibrose vernarbt das Lungengewebe der Betroffenen, sodass sich die Lungenfunktion zunehmend verschlechtert. Vor allem die Oberfläche der Alveolen (Alveolarepithel genannt) ist oft betroffen. Ist der Ursprung der Krankheit ungeklärt, spricht man von einer idiopathischen Lungenfibrose, kurz IPF. „Die Behandlungsmöglichkeiten bei einer IPF sind bisher relativ rar gesät“, erklärt Dr. Mareike Lehmann, Wissenschaftlerin der Abteilung Lungenreparatur und Regeneration (LRR) am Helmholtz Zentrum München. „Daher versuchen wir zu verstehen, wie die Krankheit zustande kommt, um sie dann gezielt behandeln zu können.“

In der aktuellen Arbeit gelang es Lehmann und weiteren Forscherinnen und Forschern um Abteilungsleiterin Prof. Dr. Dr. Melanie Königshoff nun, ein weiteres Puzzleteil  hinzufügen. „Wir konnten sowohl im Versuchsmodell als auch in den Lungen von IPF-Patienten zeigen, dass manche Zellen im Alveolarepithel Marker für eine Seneszenz* aufweisen“, erklärt Studienleiterin Königshoff. „Da die Häufigkeit von IPF mit dem Alter zunimmt, war das bereits vermutet worden. Wir konnten diese Hypothese nun bestätigen.“

Seneszenz fördert Lungenfibrose doppelt

Die Seneszenz beeinträchtigt die Lungenfunktion gleich auf zwei Arten: Zum einen verhindert sie, dass Lungenzellen sich teilen können, wenn sie ersetzt werden müssen. Zum anderen scheiden seneszente Zellen Botenstoffe aus, die die Fibrose weiter vorantreiben. Da dieser Effekt auch bei Krebserkrankungen eine Rolle spielt, konnten die Wissenschaftler hier auf eine bereits vorhandene Gruppe von Medikamenten zurückgreifen, die gezielt seneszente Zellen abtötet und ein Umsichgreifen verhindert, sogenannte senolytische Medikamente. 

Lungenfibrose in der Zellkultur gestoppt

Um mögliche Behandlungsstrategien zu testen, brachten die Wissenschaftler die betroffenen Zellen in eine dreidimensionale Zellkultur und untersuchten den Effekt der Medikamente sozusagen ex vivo. Mareike Lehmann: „Wir konnten beobachten, dass dadurch die Menge an ausgeschütteten Botenstoffen zurückging und zudem die Masse an Bindegewebsproteinen, die bei der Erkrankung massiv erhöht sind, sank.“

Zusammengenommen zeigt die Studie, dass Seneszenz in Zellen des Alveolarepithels zur Entstehung und Verschlechterung einer IPF beitragen kann. Diese Erkenntnis ist neu und stellt einen möglichen Startpunkt für die Entwicklung neuer Therapien dar.

Weitere Informationen

* Die zelluläre Seneszenz beschreibt eine Art Wachstumsstillstand, in dessen Zeitraum sich die Zellen nicht mehr teilen. Die Gründe für eine Seneszenz können verschieden sein: Schäden an der DNA sind genauso möglich wie das Erreichen eines Teilungsmaximums (begrenzt durch die sogenannten Telomere). Es gibt mehrere Marker, die auf eine Seneszenz hindeuten. In der aktuellen Arbeit waren das die Moleküle p16, p21 und ein positiver Test auf Beta-Galaktosidase Aktivität.

Hintergrund:

Erst vor kurzem konnten Wissenschaftler am Helmholtz Zentrum München zeigen, dass möglicherweise auch eine Autoimmunerkrankung ursächlich für eine Lungenfibrose sein kann.

Seit Ende vergangenen Jahres baut Melanie Königshoff an der University of Colorado in Denver ein neues Labor auf, wo sie ihr Forschungsprogramm zur Lungenregeneration langfristig weiter ausbauen wird. Die Autoren Rita Costa, Wioletta Skronska-Wasek und Stephan Klee sind Mitglieder der CPC Research School „Lung Biology and Disease“ und Teilnehmer an der Helmholtz Graduate School Environmental Health, kurz HELENA.

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