Im Mittelpunkt der neuen Studie steht Kalzium, das in allen unseren Zellen vorkommt und eine Art Torwächter ist: Ein Anstieg des Kalziums in unseren Zellen öffnet “Tore” oder “Kanäle”, die für die Produktion und Sekretion von Flüssigkeiten wie Speichel erforderlich sind. Wenn der Kalziumgehalt in den Zellen nicht ansteigt, öffnen sich die Schleusen nicht, ein Problem, das bei Krankheiten wie dem Sjögren-Syndrom auftritt. Sjögren-Patienten leiden unter Mundtrockenheit aufgrund von Speichelmangel und haben Schwierigkeiten beim Kauen, Schlucken und Sprechen, was die Lebensqualität stark beeinträchtigt.
Der Professor David I. Yule von der Abteilung für Pharmakologie und Physiologie an der University of Rochester School of Medicine and Dentistry hat in den letzten 15 Jahren die Rolle von Kalzium beim Sjögren-Syndrom und anderen Erkrankungen untersucht, bei denen Kalzium und Sekretion gestört sind, wie z. B. bei der akuten Pankreatitis. In der neuen Studie beantwortet er eine wichtige Frage, die die Wissenschaftler seit Jahren beschäftigt: Was muss geschehen, damit sich ein besonders wichtiger Kalziumkanal öffnet und diese Prozesse in Gang setzt?
Wissenschaftler wissen, dass das Vorhandensein eines Proteins, des so genannten IP3-Rezeptors, notwendig ist, um den Kalziumgehalt zu erhöhen und Kanäle in vielen, wenn nicht allen Zellen zu erzeugen, aber der IP3-Rezeptor ist komplex. Ein Kanal wird aus vier identischen Einheiten des IP3-Rezeptors gebildet, und es war nicht bekannt, wie viele der einzelnen Einheiten aktiviert sein müssen, damit der Kanal funktioniert.
Mit Hilfe fortschrittlicher Molekulartechnik und Gen-Editierungstechniken, die von Dr. Kamil Alzayady, Forschungsassistenzprofessor im Labor von Yule, vorangetrieben wurden, entdeckten sie, dass ausnahmslos alle vier Teile aktiviert (eingeschaltet) sein müssen, damit der Kalziumspiegel in einer Zelle ansteigt und Prozesse wie die Flüssigkeitsausscheidung in Gang gesetzt werden. Yule glaubt, dass diese Eigenschaft sicherstellt, dass sich der Kalziumkanal nur unter strengen Bedingungen öffnet, die zu einer Sekretion führen, wodurch schädliche Ereignisse vermieden werden, die auftreten würden, wenn sich der Kanal leichter öffnen könnte. (Paradoxerweise ist zu viel Kalzium auch schlecht und kann zu Prozessen führen, die Zellen abtöten, so dass es nicht überrascht, dass Zellen den Kalziumspiegel streng kontrollieren.)
“Diese elegante Studie von Dr. Alzayady und Dr. Yule verwendet einen sehr cleveren Ansatz, um eine seit langem bestehende Frage auf dem Gebiet der Kalzium-Signalübertragung und -Sekretion endgültig zu beantworten”, sagte Dr. Robert T. Dirksen, Lewis Pratt Ross Professor und Vorsitzender der Abteilung für Pharmakologie und Physiologie an der University of Rochester School of Medicine and Dentistry. “Die Ergebnisse haben weitreichende Auswirkungen nicht nur darauf, wie Kalzium in Zellen kontrolliert wird, sondern auch auf das Verständnis verschiedener menschlicher Sekretionsstörungen, die von Mundtrockenheit bis hin zu Bauchspeicheldrüsenentzündungen reichen.”
“Wir hoffen, dass eine bessere Kenntnis der Mechanismen, die den Kalziumfluss in und aus den Zellen kontrollieren, die Erforschung neuer Behandlungsmöglichkeiten für viele Krankheiten, einschließlich des Sjögren-Syndroms, vorantreiben wird”, sagte Yule, der auch Professor am Zentrum für orale Biologie und an der Abteilung für Medizin, Gastroenterologie/Hepatologie ist. Derzeit gibt es keine wirksamen Behandlungen für das Sjögren-Syndrom und die damit einhergehende Mundtrockenheit, die zu oralen Infektionen, Karies und Zahnverlust führt.
Laufende Forschungsarbeiten in Yules Labor zielen darauf ab, dieselben Molekulartechniken und Gen-Editierungstechnologien einzusetzen, um zu untersuchen, wie genetische Krankheiten, die das IP3-Protein beeinflussen, zu Störungen des Gehirns und des Immunsystems führen.
Die Studie wurde vom National Institute of Dental and Craniofacial Research finanziert. Neben Yule und Alzayady trugen Liwei Wang, Rahul Chandrasekhar und Larry E. Wagner II von der University of Rochester School of Medicine and Dentistry sowie Filip Van Petegem von der University of British Columbia zu der Studie bei.