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Wie die Lunge ihre Wunden heilt

14. Juli 2015

Unsere Lunge ist permanent widrigen Umwelteinflüssen ausgesetzt, die ihre Zellen schädigen oder gar zerstören können. In einem spezifischen Regenerationsprozess müssen die zerstörten Zellen so schnell wie möglich ersetzt werden. Gemeinsam mit ihren Kollegen vom Helmholtz Zentrum München konnten Wissenschaftler am Max-Planck-Institut (MPI) für Biochemie nun erstmals detaillierte Einblicke in die dynamischen Veränderungen der Gewebszusammensetzung während dieses Prozesses gewinnen. Die Ergebnisse wurden jetzt im Fachjournal EMBO Molecular Systems Biology veröffentlicht.

Neue Methoden der Massenspektrometrie ermöglichen erstmals die Quantifizierung von über 8.000 Proteinen im Prozess der Lungenregeneration. Bild vergrößern
Neue Methoden der Massenspektrometrie ermöglichen erstmals die Quantifizierung von über 8.000 Proteinen im Prozess der Lungenregeneration. [weniger]

Lungenerkrankungen sind derzeit nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) die dritthäufigste Todesursache der Welt: toxische Partikel, Infektionen und chronische Entzündungsreaktionen bedrohen unsere Atemwege. Ein entscheidender Vorgang ist in diesem Zusammenhang die Heilung des Lungengewebes nach erfolgter Schädigung. Da kausale Therapien zurzeit rar sind, ist es wichtig zu verstehen, wie diese Entzündungs- und Heilungsprozesse in der Lunge ablaufen.

Einem interdisziplinären Wissenschaftlerteam um Matthias Mann, Direktor am MPI für Biochemie, und Oliver Eickelberg, Chairman am Comprehensive Pneumology Center (CPC) des Helmholtz Zentrums München und des Klinikums der Universität München, ist es nun erstmals mit Hilfe neuer Methoden der Massenspektrometrie gelungen, diese dynamischen Veränderungen in der Zusammensetzung des Lungengewebes in den unterschiedlichen Phasen der Gewebsregeneration genau zu ermitteln und darzustellen.

Mehr als 8.000 Proteine untersucht
Um sich nach einer Verletzung zu regenerieren, ersetzt die Lunge die geschädigten Zellen in ihrer Oberfläche durch Stammzellen. Die molekularen Mechanismen dieses Vorgangs sind bisher nur wenig untersucht und verstanden. Kommt es zu einer solchen Verletzung, müssen die für die Reparatur nötigen Stammzellen durch eine komplexe Mischung aus Botenstoffen und Proteinen der Extrazellulären Matrix (EZM) aktiviert werden. Nur durch dieses komplexe Zusammenspiel kann der Ursprungszustand der Lunge wiederhergestellt werden. Erstmals wurde nun mittels Massenspektrometrie die genaue Menge von über 8.000 Proteinen des Lungenproteoms im gesamten Zeitverlauf dieses mehrstufigen Reparaturprozesses ermittelt und bioinformatisch ausgewertet. „Insbesondere die jetzt gewonnene Information zur genauen Zusammensetzung und Veränderung der EZM und deren dynamischer Interaktion mit verschiedenen Botenstoffen, erlaubt es uns neue Hypothesen zur Aktivierung von Stammzellen in der Lunge zu entwickeln“, erklärt Herbert Schiller, Erstautor der Studie.

Die Forschungsergebnisse sind eine wichtige Basis für weitere translationale Forschungsansätze zur  Entstehung der Lungenfibrose* und chronischer Lungenerkrankungen im Allgemeinen, so die Wissenschaftler. „Diese neuartige Methode der Massenspektrometrie erlaubt es uns, Unterschiede in der Art und Menge von Eiweißstoffen bei Patienten und Gesunden zu analysieren und so völlig neue Therapieansätze für chronische Lungenkrankheiten zu entwickeln“, blickt Eickelberg voraus.

Hintergrund
* Die Lungenfibrose ist eine chronische Lungenerkrankung. Der normale Verlauf der Lungenregeneration ist gestört, was zu einer starken Ansammlung von Eiweißen in der EZM führt. Die Folge ist eine Versteifung der Lungen und eine erschwerte Atmung.

Originalpublikation:
H.B. Schiller, I.E. Fernandez, G. Burgstaller, C. Schaab, R.A. Scheltema, T. Schwarzmayr, T.M. Strom, O. Eickelberg and M. Mann: Time- and compartment-resolved proteome profiling of the extracellular niche in lung injury and repair. EMBO Molecular Systems Biology, July 14, 2015
DOI: 10.15252/msb.20156123

 
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