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Einfluss von Hyaluronsäure und Pseudomonasalginaten auf das Bindungsverhalten und die Ziliotoxität von Pseudomonaslektinen

Projektleiter: Prof. Dr. med. Udo Schumacher
Universitätsklinikum Hamburg Eppendorf, Institut für Anatomie und Experimentelle Morphologie

Die Atemwege von Patienten mit cystischer Fibrose (CF) werden häufig mit P. aeruginosa besiedelt, wobei die chronische Besiedlung mit diesem Keim die Todesursache bei vielen dieser Erkrankten darstellt. Die Atemwege werden von Zellen ausgekleidet, die an ihrer Oberfläche Flimmerhärchen besitzen. Die Flimmerhärchen schlagen in Richtung Mundhöhle, so dass inhalierte Partikel (u. a. auch Bakterien wie P. aeruginosa) nach außen transportiert werden. Die äußerste Oberfläche der Flimmerhärchen besteht aus einer Zuckerschicht. P. aeruginosa bildet zwei zuckerbindende Eiweiße, sogenannte Lektine, die sich an Zuckerreste der Flimmerhärchen binden. Nach der Bindung der Lektine an die Zucker der Flimmerhärchen werden diese immobilisiert und hören auf zu schlagen. Dadurch wird die unspezifische Immunabwehr des Zilienschlages geschwächt und die Keimbesiedlung mit P. aeruginosa wird erleichtert (1-3).

Die beiden Lektine besitzen eine unterschiedliche Kohlenhydratspezifität. Das Pseudomonaslektin-I (PA-I) bindet sich an Galaktose und ist relativ schwächer ziliotoxisch als das Psuedomonaslektin-II (PA-II), welches sich an Fukose bindet und stärker ziliotoxisch ist. Durch Zugabe der beiden Zucker Galaktose und Fukose wird die Bindung der beiden Lektine an die Zuckerreste der Zilienoberfläche kompetitiv gehemmt, so dass die Inhibition des Zilienschlages verhindert werden konnte. Ebenso konnten die Lektine nach erfolgter Bindung an die Zilien heruntergewaschen werden und somit konnte der Zilienschlag wiederhergestellt werden (1,3,5).

Neben Chlorid wird auch Hyaluronan durch den CFTR Kanal, dessen Gen bei der CF mutiert ist, transportiert. Als Folge dieser Transportstörung ist die Konzentration von Hyaluronan im Sputum der CF Patienten stark erhöht im Vergleich zu Normalpersonen (6). Da Hyaluronan ein Polysaccharid ist, das aus multiplen Disaccharideinheiten aus Glukuronsäure und N-Acetylglucosamin zusammengesetzt ist, stellt sich die Frage, ob Hyaluronan auch mit einem oder beiden Pseudomonaslektinen interagiert und so möglicherweise die Ziliotoxizität steigert.

Wenn sich dieser Zusammenhang bewahrheiten sollte, wäre eine wichtige pathophysiologische Erklärung dafür gefunden, warum P. aeruginosa ausgerechnet die Atemwege von CF Patienten besiedelt. Dieser Befund könnte weiterhin dazu dienen, eine anti-adhäsive Therapie bei P. aeruginosa Infektion zu entwickeln bzw. zu verbessern.

1) Adam E, et al. (1997) Am. J. Respir. Crit. Care Med. 155, 2102-2104.
2) Adam EC, et al. (1997) J. Laryngol. Otol. 111, 760-762.
3) Mewe M, et al. (2005) J. Laryngol. Otol. 119, 595-599.
4) von Bismarck P, et al. (2001) Klin. Pädiatr. 213, 285-287.
5) Hauber HP, et al. (2008) Int. J. Med. Sci. 5, 371-376.
6) Schulz T, et al. (2010) Pathobiology. 77, 200-209.

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