Signalübertragung zielgenau steuern

Neue Erkenntnisse für künftige Therapieansätze

Der Botenstoff cAMP spielt eine Schlüsselrolle bei zahlreichen Stoffwechselprozessen des Menschen. Dem Ziel, die Entstehung dieses Botenstoffs möglichst passgenau zu steuern, sind Wissenschaftler aus den USA und Deutschland jetzt einen entscheidenden Schritt nähergekommen.

Raumstruktur von menschlicher sAC

Raumstruktur von menschlicher sAC | Clemens Steegborn

Die Wissenschaftler entdeckten, dass ein Molekül namens „LRE1“ einen bestimmten Weg der cAMP-Entstehung in der Zelle blockieren kann – und zwar ohne unerwünschte Nebenwirkungen. Die neuen Erkenntnisse tragen wesentlich zum Verständnis von Signal-Ketten in der Zelle bei. Zudem können sie Grundlagen für zukünftige Therapieansätze schaffen, beispielsweise im Bereich von Augen- oder Hauterkrankungen.

Die Forschungsergebnisse sind aus einer engen transatlantischen Zusammenarbeit hervorgegangen. Zusammen mit US-amerikanischen Hochschulen und Forschungseinrichtungen waren auch die Universität Bayreuth und das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig daran beteiligt.

Zwei Stoffwechselwege

Bei der Übertragung von Signalen im Körper hat das Molekül cyclisches Adenosinmonophosphat, kurz cAMP, eine entscheidende Funktion. Es entsteht unter anderem an der Zellmembran, von wo aus es spezielle Informationen in verschiedene Bereiche der Zelle übermittelt und biochemische Reaktionen auslöst. Dieser Weg der cAMP-Synthese ist zum Beispiel unentbehrlich, wenn das Stresshormon Adrenalin die zur Abwehr von Gefahren erforderlichen Energiereserven mobilisiert.

Ein signifikanter Teil des cAMP entsteht allerdings auf andere Weise – nämlich dadurch, dass es im Zellinneren durch lösliche Adenylatcyclase (sAC) gebildet wird. Dieses Enzym produziert größere Mengen des Botenstoffs vor allem dann, wenn das in der Zelle gelöste Kohlendioxid zunimmt. Dieser zweite Weg der cAMP-Entstehung ist an der Steuerung zahlreicher Prozesse beteiligt, wie etwa Zellatmung, Insulinfreisetzung, Spermienaktivierung und Regulation des Augeninnendrucks.

Abgrenzung ist wichtig

„Es ist von zentraler Bedeutung, diese beiden Stoffwechselwege und die unterschiedlichen Signalfunktionen der so gebildeten cAMP-Moleküle voneinander abgrenzen zu können“, erklärt Prof. Dr. Clemens Steegborn, Professor für Biochemie an der Universität Bayreuth. „Diese Abgrenzung ist zunächst einmal wichtig, um die Signalübertragungs-Wege in der Zelle besser verstehen zu können. Darüber hinaus aber ist sie hilfreich, wenn man Eingriffe in cAMP-gesteuerte Prozesse künftig für medizinische Anwendungen nutzen will. Die Wirkungen solcher Eingriffe sollten sich möglichst zielgenau eingrenzen lassen.“

Auf dem Weg zu einer gezielten Steuerung der cAMP-Synthese

Daher suchen Forscher schon seit längerem nach Wegen, entweder nur die cAMP-Synthese durch sAC oder aber nur die cAMP-Entstehung an der Zellmembran zu unterbinden. Bisher identifizierte Hemmstoffe wirken zu undifferenziert und haben in vielen Fällen starke unerwünschte Nebenwirkungen. Genau hier zeigt sich die Bedeutung des jetzt entdeckten Inhibitors LRE1. Die chemische Bezeichnung dafür lautet „6-chloro-N4-cyclopropyl-N4-[(thiophen-3-yl)methyl]pyrimidine-2,4-diamine”.