Wissenschaftler finden in Bierhefe einen möglichen Weg, um Krebs zu bekämpfen
Die Entdeckung einer überraschenden Art und Weise, wie Hefe, die zum Bierbrauen verwendet wird, einen Hungertod überleben kann, könnte die Tür zu neuen Krebsbehandlungen öffnen.
Die unerwarteten Ergebnisse könnten zu neuen Strategien führen, um Krebszellen anfälliger für Hunger zu machen und leichter zu behandeln, sagte der Forscher Ahmad Jomaa, PhD, von der Abteilung für Molekularphysiologie und biologische Physik der University of Virginia School of Medicine.
Courtesy Jomaa lab
Die Entdeckung, die von Wissenschaftlern der University of Virginia School of Medicine und ihren Mitarbeitern am EMBL in Deutschland gemacht wurde, offenbart eine noch nie dagewesene Anpassung, die es Hefezellen ermöglicht, bei Nährstoffmangel in den Winterschlaf zu gehen. Diese Fähigkeit, bei Stress in den Winterschlaf zu gehen, spiegelt die Fähigkeit von Krebszellen wider, den Nährstoffmangel zu überleben, der mit dem unkontrollierten Wachstum der Krebszellen einhergeht.
Die unerwarteten Erkenntnisse könnten zu neuen Strategien führen, um Krebszellen anfälliger für Hunger zu machen und leichter zu behandeln, so der Forscher Ahmad Jomaa, PhD, von der Abteilung für Molekularphysiologie und Biologische Physik der Medizinischen Fakultät.
"Zellen können eine Pause einlegen, wenn es hart auf hart kommt, indem sie sich in einen Tiefschlaf begeben, um am Leben zu bleiben, und dann zu einem späteren Zeitpunkt scheinbar einfach zurückkommen", sagte Jomaa, der zum Zentrum für Membran- und Zellphysiologie der UVA gehört. "Deshalb müssen wir die Grundlagen der Anpassung an den Hunger verstehen und wissen, wie diese Zellen in den Tiefschlaf gehen, um am Leben zu bleiben und den Tod zu vermeiden."
Stress überleben
S. pombe ist eine Hefeart, die seit Jahrhunderten zum Bierbrauen verwendet wird. Aufgrund ihrer Ähnlichkeit mit menschlichen Zellen ist sie aber auch ein unschätzbares Forschungsinstrument für Wissenschaftler. Durch ein besseres Verständnis von S. pombe können wir grundlegende zelluläre Prozesse sowohl in gesunden als auch in krebsartigen Zellen besser verstehen.
In Zusammenarbeit mit Dr. Simone Mattei und Kollegen am EMBL entdeckten Jomaa und sein Team, dass sich die Batterien der Hefezellen in eine unerwartete Decke hüllen, wenn sie sich in den Winterschlaf begeben, um Stress zu vermeiden. Die Oberflächen dieser Batterien, die Mitochondrien genannt werden, sind mit inaktiven Ribosomen überzogen, den zellulären Maschinen, die normalerweise Proteine herstellen.
Es bleibt ein Rätsel, warum sich diese inaktiven Ribosomen an die Mitochondrien heften. "Dafür könnte es verschiedene Erklärungen geben", so Mattei. "Eine ausgehungerte Zelle fängt irgendwann an, sich selbst zu verdauen, also könnten die Ribosomen die Mitochondrien umhüllen, um sie zu schützen. Sie könnten sich auch anlagern, um eine Signalkaskade innerhalb der Mitochondrien auszulösen".
Die Forscher konnten mit Hilfe der erstaunlich leistungsfähigen Einzelteilchen-Kryo-Elektronenmikroskopie und der Kryo-Elektronentomographie sichtbar machen, wie sich die Ribosomen an die Mitochondrien anlagern - bis auf die molekulare Ebene. Zu ihrer Überraschung entdeckten sie, dass die Ribosomen sich mit Hilfe einer kleinen Untereinheit ihrer Anatomie "verkehrt herum" befestigt hatten. Diese Art der Interaktion war zuvor noch nie beobachtet worden und könnte dazu beitragen, das Geheimnis zu entschlüsseln, wie Zellen in den Ruhezustand eintreten und daraus erwachen. "Wir wussten, dass Zellen versuchen, Energie zu sparen und ihre Ribosomen abzuschalten, aber wir hatten nicht erwartet, dass sie sich mit der Oberseite nach oben an die Mitochondrien anlagern", so Maciej Gluc, Doktorand in Jomaas Labor und Mitautor einer neuen wissenschaftlichen Arbeit, die die Entdeckung beschreibt.
Die neuen Erkenntnisse könnten wichtige Auswirkungen auf unser Verständnis von Krebs haben. Krebszellen sind aufgrund ihres unkontrollierten Wachstums mit einem ständigen Nährstoffmangel konfrontiert und schlüpfen oft in einen Ruhezustand, um zu überleben und der Entdeckung durch unser Immunsystem zu entgehen. Wenn wir verstehen, wie sie dies tun, könnten wir neue Wege finden, die Krebszellen gezielt zu bekämpfen, um den Erfolg der Patienten zu verbessern und Rückfälle zu verhindern.
"In den nächsten Schritten wollen wir nicht nur verstehen, wie die Zellen den Eintritt in den Ruhezustand regulieren, sondern auch, wie sie aus diesem Tiefschlaf erwachen. Vorerst werden wir Hefe verwenden, weil sie viel einfacher zu manipulieren ist. Wir untersuchen dies jetzt auch in kultivierten Krebszellen, was keine leichte Aufgabe ist", so Jomaa. "Letztendlich hoffe ich, dass die Forschung meiner Gruppe den Grundstein für die Entdeckung neuer Marker zum Aufspüren ruhender Krebszellen legen wird. Diese Zellen lassen sich in der Diagnostik nur schwer nachweisen, aber wir hoffen, dass unsere Forschung mehr Interesse weckt, damit wir unser Ziel erreichen können."
Ein besseres Verständnis von Krebs und die Suche nach innovativen Behandlungsmethoden sind die Hauptaufgaben des UVA Cancer Center, das vom National Cancer Institute als eines von nur 57 "umfassenden" Krebszentren anerkannt ist. Mit dieser Auszeichnung werden Krebszentren mit den besten Krebsforschungs- und Behandlungsprogrammen des Landes gewürdigt.
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