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Ingrid Graz - Mit leuchtenden Zellen Allergien auf der Spur

Fluoreszenzmikroskopische Untersuchung molekularer Allergiemechanismen anhand von Mastzellen

oder

Mit leuchtenden Zellen Allergien auf der Spur

Ingrid Graz
angefertigt am Institut für Biophysik

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Calcium ist einer der wichtigsten Botenstoffe im menschlichen Körper, der in vielen biologischen Prozessen von Bedeutung ist. Neben dem Nervensystem und dem Bewegungsapparat spielt Calcium auch eine wesentliche Rolle im Immunsystem und hier vor allem bei allergischen Reaktionen. Es stellt sich die Frage, ob sich über den Calcium-Haushalt von Mastzellen, jener Zellen, die für Allergien verantwortlich sind, allergische Reaktionen beeinflussen oder gar unterbinden lassen.

Betrachtet man den Ablauf einer allergischen Reaktion, so findet man, dass nach wiederholtem Kontakt mit dem allergieauslösenden Faktor (dem Allergen), Immunglobulin E (IgE) an den Rezeptor der Mastzellen bindet und eine Proteinkaskade in Gang gesetzt wird, in deren Folge Calcium aus internen Speichern – dem endoplasmatischen Retikulum (ER) freigesetzt wird. Dies löst in der Folge einen starken Einstrom von Calzium ins Zellinnere aus, der seinerseits die Ausschüttung allergieerregender Substanzen (Mediatoren) verursacht. Diese Mediatoren sind schlussendlich für die allergischen Reaktionen wie Heuschnupfen oder Asthma verantwortlich.

Calcium und andere geladene Teilchen können nur über so genannte Ionenkanäle in die Zelle hinein oder heraus gelangen. Diese Kanäle sind spezielle Proteine mit einer komplizierten Struktur. Um den für allergische Reaktionen wichtigen Kalzium-Einstrom zu verstehen, versucht man nun den molekularen Aufbau der verantwortlichen Kanäle zu entschlüsseln.

Um Kanalproteine zu erforschen bedient man sich der verschiedensten Möglichkeiten. Eine davon ist die Fluoreszenzmikroskopie, bei der im Gegensatz zu anderen Methoden der Calcium-Haushalt von vielen Zellen gleichzeitig untersucht wird. Hierbei werden Moleküle, die Calcium in den Zellen zum "Leuchten" bringen, so genannte Ca2+-Indikatoren, eingesetzt.

 

Bei Bindung von Calcium an den Indikator Fura-2 verschiebt sich das Fluoreszenzmaxium und man kann deutlich die lokale Calcium-Konzentration feststellen.

      
Um ein Kanalprotein genauer zu untersuchen, werden Zellen mit besonders viel von ebendiesem Protein gezüchtet. Bei Stimulierung der Mastzellen ähnlich wie im menschlichen Körper, kann die Speicherentleerung bzw. der Einstrom von Calcium in den Zellen deutlich beobachtet werden.

Ziel dieser Arbeit war es nun, ein Kanalprotein genannt CaT1 (Calcium Transport Protein) zu charakterisieren und dessen möglichen Effekt auf den Ca2+-Einstrom in Mastzellen zu studieren. Die Eigenschaften dieses Ionenkanals CaT1, wie beispielsweise die Kalziumselektivität, weisen große Ähnlichkeiten zu dem Ca2+-Einstrom in Mastzellen auf. Im Gegensatz zu dem Kalziumeinstrom in Mastzellen, der über die intrazelluläre Speicherentleerung aktiviert wird, konnte ich zeigen, dass die Aktivierung von CaT1 nicht nur durch Speicherentleerung erfolgt. Stattdessen zeigte CaT1 eine konstitutive Aktivität, d.h. die Kanäle befinden sich immer im offenen Zustand wodurch Ca2+ kontinuierlich in die Zelle einströmen kann. Der spezifische Kanalblocker 2-Aminoethoxydiphenylborat (2-APB) zeigte eine deutliche Hemmung des Ca2+-Einstroms in Mastzellen, wohingegen kein blockierender Effekt auf CaT1 gefunden wurde. Diese Unterschiede zeigen, dass CaT1 allein nicht für den Ca2+-Einstrom in Mastzellen verantwortlich sein kann und lassen auf eine mögliche Interaktion von CaT1 und einem verwandten Protein schließen. Die Identifizierung dieses Proteins ist Hauptaugenmerk zukünftiger Studien.