Rhombos-Online-Nachrichten (RON)
14.11.2011
Kategorie: Life Sciences

Krank macht weniger krank

Schutz vor schwerer Malaria bei Sichelzellenanämie geklärt

Heidelberg, 11.11.2011 Menschen, die an Sichelzellenanämie leiden, erkranken seltener an schwerer Malaria. Die Urasche hierfür könnte nun gefunden sein: Der defekte Blutfarbstoff Hämoglobin, Ursache der Sichelzellenanämie, hindert den Malaria-Erreger daran, ein Transportsystem in den roten Blutkörperchen aufzubauen. Über dieses System gelangen normalerweise Haftproteine an die Oberfläche der infizierten Blutzellen. Die Proteine sorgen dafür, dass die befallenen Blutkörperchen nicht in die Milz gelangen und zerstört werden. Diesen Mechanismus beschreiben Wissenschaftler der Universität Heidelberg in einer Studie. Ein Artikel über die Untersuchungsergebnisse wurde online auf der Internetseite des Fachmagazins Science veröffentlicht.
Die Sichelzellenanämie ist eine häufige erbliche Erkrankung der roten Blutkörperchen. Sie wird durch eine Mutation des roten Blutfarbstoffs Hämoglobin hervorgerufen. Die Betroffenen bilden ein abnormes Hämoglobin, das bei Sauerstoffmangel zur Auskristallisation neigt. Dabei verformen sich die roten Blutzellen zu sichelförmigen Gebilden. Bereits in den 1940er Jahren hatten Forscher entdeckt, dass die Sichelzellenanämie bei bestimmten Bevölkerungsgruppen Afrikas und Asiens besonders häufig vorkommt. Genau bei diesen Bevölkerungsgruppen verlief nach einer Infektion mit dem gefährlichen Malaria-Erreger Plasmodium falciparum die anschließende Erkrankung nicht so schwer wie üblich.
Mediziner und Parasitologen von der Universität Heidelberg zeigen nun in einer Studie, wie sich die Veränderung des Hämoglobins auf den Verlauf der Malaria auswirkt. Laut ihrer Untersuchungen schützt ein Abbauprodukt des veränderten Hämoglobins vor einem schweren Verlauf der Krankheit.
Bei der schweren Malaria, auch Malaria tropica genannt, kommt es häufig zu Lähmungen, Krämpfen, Koma sowie schweren Gehirnschäden. Grund dafür ist eine Eigenart des Erregers Plasmodium falciparum, der in den roten Blutkörperchen einen Teil seines Vermehrungszyklus durchläuft: Der Erreger bildet spezielle Haftproteine, die zur Zelloberfläche der befallenen Blutkörperchen gelangen. Dort sorgen sie dafür, dass die roten Blutzellen an Gefäßwänden haften bleiben. Auf diese Weise gelangen sie nicht in die Milz, wo sie als beschädigt erkannt und zerstört werden. Diese anhaftenden Blutzellen verschließen kleinere Blutgefäße. Das hat Entzündungen zur Folge und kann auch dazu führen, dass Teile des Nervensystems nicht mehr ausreichend mit Sauerstoff versorgt werden.

Transportsystem in Erythrozyten mit normalem Hämoglobin

In roten Blutkörperchen mit normalem Hämoglobin baut der Malaria-Erreger Plasmodium falciparum ein Transportsystem (gelb) auf. Darüber gelangen Eiweiße des Parasiten - in Transporthüllen verpackt - (türkis) direkt zur Zelloberfläche des roten Blutkörperchens ©courtesy of Science/AAAS


Laut der Studie wird der besondere Schutzmechanismus des Plasmodium falciparum bei Menschen mit veränderten Varianten des roten Blutfarbstoffs gestört. „ Auf der Zelloberfläche befallener Erythrocyten mit verändertem Hämoglobin finden sich deutlich weniger Haftproteine des Parasiten als bei normalen roten Blutkörperchen“, erläutert Prof. Dr. Michael Lanzer, Direktor des Instituts für Parasitologie. „Wir haben daher den Transportweg innerhalb der Wirtszelle genauer untersucht.“
Dazu verglichen die Wissenschaftler Blutzellen mit normalem Hämoglobin und Zellen mit zwei genetisch veränderten Hämoglobin-Varianten , die bei rund einem Fünftel der afrikanischen Bevölkerung in Malaria-Gebieten vorkommen.
Beobachtungen mit hochauflösenden Mikroskopieverfahren haben dabei nach Angaben der Forscher einen neuen Mechanismus des Erregers aufgedeckt: das Plasmodium falciparum verwendet ein bestimmtes Eiweiß (Aktin) aus dem Zellskelett des roten Blutkörperchens für ein eigenes Wegenetz für die, von ihm produzierten, Haftproteine. Dr. Marek Cyrklaff, Erstautor des Artikels, beschreibt den Ablauf: „ Über diese Aktinfasern gelangen die Vesikel mit den Haftproteinen vom Parasiten direkt zur Zelloberfläche des roten Blutkörperchens.“ Bei den Blutzellen mit den veränderten Hämoglobinvarianten hätte das Team hingegen nur kurze Aktin-Ästchen gefunden, über die ein gezielter Transport zur Oberfläche nicht möglich ist.

Transportweg in Erythrozyt mit verändertem Hämoglobin

In roten Blutkörperchen mit veränderten Hämoglobinvarianten zerfällt das Transportsystem in kurze Stücke (gelb). Ein gezielter Transport von Eiweißen an die Oberfläche kommt nicht zustande. ©courtesy of Science/AAAS


Verantwortlich für die Störung soll nicht das Hämoglobin selbst sein, sondern eines seiner Abbauprodukte - das Ferryl-Hämoglobin. Dieser irreversibel geschädigte, chemisch veränderte Abbaustoff findet sich bis zu zehnmal häufiger in Blutzellen, die veränderte Hämoglobin-Varianten enthalten. Laut der Studie führt die hohe Konzentration an Ferryl-Hämoglobin dazu, dass die Bindungen des Aktingeflechts destabilisiert werden und es zerfällt.
„ Mit Hilfe dieser Ergebnisse haben wir erstmals einen molekularen Mechanismus beschrieben, der die Schutzwirkung dieser Hämoglobinvarianten gegen Malaria erklärt.“ sagt Prof. Dr. Michael Lanzer.

(mh)

Originalveröffentlichung: Cyrklaff, M.; Sanchez, C. P.; Lanzer, M. et al.: Hemoglobins S and C interfere with Actin Remodeling in Plasmodium falciparum-Infected Erythrocytes, Science DOI: 10.1126/science.1213775
Kontakt: Dr. Marek Cyrklaff, Mail: marek.cyrklaff@med.uni-heidelberg.de
               Prof. Dr. Michael Lanzer, Mail: michael.lanzer@med.uni-heidelberg.de, Department für Infektiologie und Parasitologie am Universitätsklinikum Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 324, 69120 Heidelberg; Internet: http://www.klinikum.uni-heidelberg.de/Parasitology.6568.0.html