Teilchen aus der Hefe
Die Wahl fiel auf ein bestimmtes Molekül aus dem Erbgut der Hefe, das zwar beim Menschen nicht vorkommt, aber Eigenschaften besitzt, die für die Studie relevant waren: Das Protein ist in seiner natürlichen Umgebung – der Hefezelle – in der Lage, sich zu großen Eiweißpartikeln (sogenannten Aggregaten) zusammen zu lagern, die sich innerhalb der Zelle vermehren. Das Protein nimmt dabei eine abnorme Gestalt an. Nun war die Frage, ob in der Zelle eines Säugetieres ein ähnlicher Vorgang stattfinden würde.

„Zunächst stellten unsere Mauszellen das Protein zwar her, aber es bildete keine Partikel“, berichtet Vorberg. „Dies änderte sich jedoch, wenn wir Eiweißaggregate desselben Proteins von außen zugaben. Plötzlich begann unser lösliches Protein in der Zelle zu verklumpen.“

Diffundierende Aggregate
War diese Reaktion einmal ausgelöst, produzierten die Zellen kontinuierlich neue Eiweißaggregate. Die Forscher stellten fest, dass diese Klumpen auch auf Nachbarzellen übergriffen und in diesen die Produktion der gleichen Aggregate in Gang setzten.

„Damit haben wir experimentell bewiesen, dass bestimmte Eiweißpartikel, die aus dem Zytosol, also aus dem Innenraum von Säugetierzellen stammen, sich vermehren und von Zelle zu Zelle ausbreiten können. Demnach gibt es bei Säugetieren Mechanismen, die eine solche Kettenreaktion grundsätzlich auslösen können. Was wir hier im Model gezeigt haben, könnte daher in ähnlicher Form bei neurodegenerativen Erkrankungen stattfinden“, kommentiert Vorberg die Ergebnisse.

Die Übertragung der Eiweißaggregate war am effektivsten, grenzten Zellen direkt aneinander. „Zumindest in unserem Modell werden die Proteinpartikel nicht effizient in die Umgebung abgegeben und von den Nachbarzellen aufgenommen. Die effektivste Übertragung geschieht über direkten Zellkontakt. Es könnte sein, dass eine Zelle Fortsätze ausbildet und die Aggregate über diese Verbindung von einer Zelle zur nächsten gelangen“, sagt die Neurowissenschaftlerin. Was hier geschieht, will ihr Team nun weiter untersuchen.

Grundlagen möglicher Therapien
„Es ist wichtig zu wissen, wie sich Eiweißpartikel verbreiten“, betont Vorberg. „Krankheitsrelevante Proteinpartikel könnten sich in ähnlicher Weise ausbreiten, wie das Modellprotein, das wir untersucht haben.“

Einblicke in den Mechanismus der Übertragung von einer Zelle zur nächsten könnten neue Behandlungsmethoden erschließen. „Finden wir einen Weg, um die Ausbreitung krankheitsrelevanter Eisweißklumpen zu verhindern, dann könnten wir möglicherweise auf das Voranschreiten der Erkrankung einwirken“, sagt Vorberg.

Originalveröffentlichung
Cell-to-cell propagation of infectious cytosolic protein aggregates
Julia P. Hofmann, Philip Denner, Carmen Nussbaum-Krammer, Peer-Hendrik Kuhn, Michael H. Suhre, Thomas Scheibel, Stefan F. Lichtenthaler, Hermann M. Schätzl, Daniele Bano, Ina M. Vorberg, PNAS.

Abstract