Artikel zur Langlebigkeit

Forscher entdecken die Funktion eines potenziell sehkrafterhaltenden Wachstumsfaktors

Forscher entdecken die Funktion eines potenziell sehkrafterhaltenden Wachstumsfaktors
  • Kurze Proteinfragmente, sogenannte Peptide, können neuronale Zellen in der Netzhaut des Auges schützen, die künftig zur Behandlung degenerativer Augenerkrankungen eingesetzt werden könnten. 

  • Die Forscher leiteten diese Peptide zuvor von einem Protein namens Pigment Epithel-Derived Factor (PEDF) ab, das von retinalen Pigmentepithelzellen produziert wird, die den Augenhintergrund auskleiden.

  • PEDF schützt Neuronen vor dem Absterben, verhindert die Invasion von Blutgefäßen, beugt Entzündungen vor und zeigt antioxidative Eigenschaften.

Dieser Artikel wurde in den Nachrichten des National Eye Institute veröffentlicht: 

Forscher am National Eye Institute (NEI) haben herausgefunden, wie bestimmte kurze Proteinfragmente, sogenannte Peptide, neuronale Zellen schützen können, die sich in der lichtempfindlichen Netzhautschicht im hinteren Teil des Auges befinden. Die Peptide könnten eines Tages zur Behandlung degenerativer Netzhauterkrankungen wie der altersbedingten Makuladegeneration (AMD) eingesetzt werden. Die heute in der veröffentlichten Studie Zeitschrift für Neurochemie. NEI ist Teil der National Institutes of Health.

Ein Team unter der Leitung von Patricia Becerra, Ph.D., Leiterin der NEI-Abteilung für Proteinstruktur und -funktion, hatte diese Peptide zuvor aus einem Protein namens Pigment Epithel-Derived Factor (PEDF) abgeleitet, das von retinalen Pigmentepithelzellen produziert wird Den Augenhintergrund auskleiden.

„Im Auge schützt PEDF Neuronen vor dem Absterben. Es verhindert die Invasion von Blutgefäßen, es beugt Entzündungen vor, es hat antioxidative Eigenschaften – all das sind positive Eigenschaften“, sagte Becerra, der leitende Autor der Studie. Ihre Studien legen nahe, dass PEDF Teil des natürlichen Mechanismus des Auges zur Erhaltung der Augengesundheit ist. „PEDF könnte bei der Behandlung von Augenkrankheiten eine Rolle spielen. Wenn wir das Protein für therapeutische Zwecke nutzen wollen, müssen wir die Regionen, die für seine verschiedenen Eigenschaften verantwortlich sind, heraustrennen und bestimmen, wie jede von ihnen funktioniert.“

Das Team verwendete ein bekanntes Zellkulturmodellsystem, bei dem unreife Netzhautzellen aus den Augen neugeborener Ratten isoliert und in einer Schale mit minimalen Nährstoffen gezüchtet werden. Das System umfasst nicht nur die lichtempfindlichen Photorezeptoren der Netzhaut, sondern auch weitere Arten von Neuronen, die der Netzhaut dabei helfen, visuelle Informationen zu verarbeiten und an das Gehirn zu übertragen.

„Unser Modellsystem – unter Verwendung von aus dem Tier isolierten Zellen – ermöglicht es uns, die einzelnen Prozesse und Mechanismen hinter den Schutzwirkungen von PEDF herauszufinden“, sagte Germán Michelis, Doktorand und Erstautor der Studie.

Das PEDF-Protein hat funktionell unterschiedliche Domänen. Das Becerra-Labor hat zuvor herausgefunden, dass jede Domäne unabhängig arbeiten kann. Ein Bereich, der 34-mer genannt wird, weil er aus 34 Aminosäurebausteinen besteht, stoppt das Blutgefäßwachstum. Ein abnormales Blutgefäßwachstum ist von zentraler Bedeutung für Netzhauterkrankungen wie AMD und diabetische Retinopathie. Die zweite PEDF-Domäne, 44-mer genannt, liefert Anti-Todes-Signale an Netzhautneuronen. Das 44-mer kann Neuronen auch dazu anregen, Neuriten zu bilden, fingerähnliche Vorsprünge, die den Neuronen helfen, mit ihren Nachbarn zu kommunizieren. Eine kürzere Version des 44-mer mit nur 17 Aminosäuren (17-mer) weist identische Aktivitäten auf.

Michelis und Kollegen testeten in einer Schale, ob das 44-mer unreife Netzhautzellen schützen kann. Ohne die Anwesenheit von Proteinen und anderen Zellen in ihrer üblichen Netzhautumgebung sterben unreife Photorezeptoren schnell ab, können aber mit PEDF konserviert werden.

Sie fanden heraus, dass sowohl das 44-mer als auch das 17-mer diese Photorezeptoren genauso gut speichern konnten wie PEDF in voller Länge.

Die Forscher fanden außerdem heraus, dass die PEDF-Aktivität offenbar zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Entwicklung der Photorezeptorzellen am meisten benötigt wird. Die Lichterkennung findet in einem Teil des Photorezeptors statt, der als äußeres Segment bekannt ist und in dem lichtempfindliche Opsinproteine ​​konzentriert sind. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass PEDF die Bewegung von Opsin in das entstehende äußere Segment auslöst, wo es hingehört, wenn eine Photorezeptorzelle gerade erst beginnt, ihre äußeren Segmente zu bilden.

Neben den Photorezeptoren ist die Netzhaut vollgepackt mit mehreren anderen Arten von Neuronen, die bei der Verarbeitung visueller Signale zusammenarbeiten. Über Neuriten bilden amakrine Neuronen Verbindungen, sogenannte Synapsen, zu den Zellen, die diese visuellen Signale an das Gehirn weiterleiten. Becerra und Kollegen fanden heraus, dass PEDF in ihrem Zellkulturmodell Amakrinzellen dazu anregt, Neuriten zu entwickeln, und dass das 44-mer und das 17-mer bei der Stimulierung dieser Verbindungen mindestens genauso effektiv – oder besser – waren als das native Protein.

Darüber hinaus wirken die 44-mer- und 17-mer-Peptide durch Bindung an einen Proteinrezeptor (PEDF-R) auf der Oberfläche von Neuronen. PEDF aktiviert PEDF-R, das Moleküle wie Docosahexaensäure (DHA) verarbeitet, eine Omega-3-Fettsäure, die für die Entwicklung von Babys und die Augengesundheit von entscheidender Bedeutung ist. PEDF-R wurde zuvor vom Becerra-Labor entdeckt.

„Wir wissen seit langem, dass DHA für die Gesundheit der Netzhaut wichtig ist. Wir glauben, dass die PEDF-Signalisierung eine Schlüsselkomponente bei der Regulierung von Omega-3-Fettsäuren wie DHA sein könnte, sowohl während der Augenentwicklung als auch bei der Erhaltung der Augengesundheit im Laufe der Zeit.“ sagte Becerra. „Wir hoffen, dass wir einige dieser Schutzwirkungen in naher Zukunft in einem peptidbasierten Therapieansatz nutzen können.“

Diese Studie wurde im veröffentlicht Zeitschrift für Neurochemie im Juni 2021.



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