Mensch sitzt zu lange an der Sonne, seine Haut rötet sich, der Sonnenbrand ist perfekt. Was den Betroffenen schmerzt, allenfalls sogar ängstigt, ist Forschungsgegenstand von einer Arbeitsgruppe in der Abteilung von Sabine Werner, Professorin am Institut für Zellbiologie. Mit einer neuen Arbeit, die heute in der Fachzeitschrift "Cell" veröffentlicht wird, zeigen die Wissenschaftler auf, wie die Zelle mit Sonnenbrand und anderem Stress zu Recht kommt.

Ungewöhnlicher Weg

Unter Stress, der zum Beispiel für Hautzellen UVB-Strahlung oder für Entzündungszellen der Kontakt mit einem Krankheitskeim darstellt, sondern diese Zellen zahlreiche Proteine ab, die nicht über den gebräuchlichen Transportweg die Zelle verlassen. Die auf diesem unkonventionellen Weg ausgeschiedenen Proteine sind nicht einfach Zellabfall. Im Gegenteil. Sie dienen der Regeneration, der Bildung neuer Blutgefässe und der Elimination von freien Radikalen, welche die Zelle schädigen könnten. Das Entsorgen von Proteinen hilft der Zelle auch ihr "inneres" Gleichgewicht zu erhalten und einen allfälligen Zelltod abzuwenden.

Bisher war den Forschern bekannt, dass Stress durch UV-Strahlen in Hautzellen eine Immunreaktion auslöst (vgl. ETH Life vom 28.06.2007). Zu Beginn dieser Reaktion wird in der Zelle ein Komplex namens Inflammasom in Betrieb gesetzt, welcher wiederum Caspase-1, ein Enzym, aktiviert. Dieses Enzym ist nötig, um Interleukin-1beta zu aktivieren, ein Protein, das eine Entzündung hervorrufen kann.

Caspase-1 als Proteintransporter?

Die ETH Forscher zeigten, dass Caspase-1 aber nicht nur für die Aktivierung von Interleukin-1beta wichtig ist, sondern eine Schlüsselfunktion bei der unkonventionellen Ausschleusung verschiedener Proteine, darunter Interleukin-1beta spielt. Will die Zelle dieses ausschleusen, so tut sie dies nicht über den konventionellen Weg, an dem das Endoplasmatische Reticulum und der Golgi Apparat beteiligt sind. Die Proteine, welche die Zelle verlassen müssen, koppeln sich entweder direkt an Caspase-1 oder diese aktiviert ein Transportvehikel, welches die Proteine nach aussen befördert.

Die unkonventionelle Ausscheidung läuft sehr schnell ab, unter anderem auch deshalb, weil die auszuschleusenden Proteine in der Zelle bereits vorhanden sind und nicht neu synthetisiert werden müssen.

Entzündung und Regeneration eng gekoppelt

„Die Erkenntnis, dass eine Zelle neben Entzündungsfaktoren auch Reparaturwerkzeuge ausgeschüttet, ist in der Tat neu und hat uns auch überrascht“, betont Hans-Dietmar Beer, Oberassistent am ETH-Institut für Zellbiologie und Letztautor der Arbeit. Man habe eine Blackbox geöffnet, etwas, was man bis anhin nicht einmal im Ansatz verstanden hatte. Medizinisch bedeute dies, dass Entzündung und Regeneration eng gekoppelt seien.

So leite UV-Stress neben der Entzündungsreaktion gleichzeitig eine Regeneration ein. Die Ausschüttung der verschiedenen Proteine inklusive der Caspase-1 diene letztlich dazu, das Gleichgewicht einer Zelle zu erhalten, sodass sie nicht absterben muss. „Leichte Entzündungen, wie sie bei Sonnenbrand auftreten, sollten nicht nur negativ betrachtet werden“, sagt Beer. UV-Strahlen würden die Zellen zwar schädigen und langfristig zu einer beschleunigten Hautalterung und Hautkrebs führen, beim Sonnenbrand setze aber die Reparatur ein, um die Schutzfunktion der Haut schnell wiederherzustellen.

Neuer Proteomics-Ansatz

Für ihre Experimente verwendeten die Forscher in Zusammenarbeit mit dem Functional Genomics Center Zürich eine neue Methode aus der Proteomik. Damit war es möglich, viele neue Proteine zu identifizieren, die unkonventionell aus der Zelle geschleust werden. Die Methode habe zwar für dieses Experiment angepasst werden müssen. „Es hat jedoch beim ersten Mal funktioniert und wir konnten die Daten auch in Folgeexperimenten reproduzieren“, sagt der Erstautor der Studie, der Doktorand Martin Keller.

Literaturhinweis:

Keller, M. et al., Active Caspase-1 is a regulator of unconventional protein secretion, Cell (2008), doi:10.1016/j.cell.2007.12.040