29.12.17 11:00

Publikation in Cell: Studie von Helmholtz-Zentrum München und Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

Selen schützt Nervenzellen im Gehirn

Von: Helmholtz-Zentrum München, Redaktion

Genau 200 Jahre nach der Entdeckung des Spurenelements Selen zeigen Forschende am Helmholtz Zentrum München und der Heinrich-Heine Universität Düsseldorf zum ersten Mal, warum dieses chemische Element essenziell für das Überleben von Säugetieren ist. Als Bestandteil des Enzyms GPX4 schützt Selen bestimmte Nervenzellen im Laufe der Entwicklung vor dem Zelltod, berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin ‚Cell‘.

Links: Grafische Zusammenfassung der Cell-Publikation, rechts: Dr. Carsten Berndt (links) und Dr. Gereon Poschmann (rechts) vor dem Gerät mit dem mittels Massenspektrometrie der Redoxzustand der Glutathionperoxidase 4 (siehe links) bestimmt wurde.

1817 entdeckte der schwedische Wissenschaftler Jöns Jacob Berzelius das Spurenelement Selen, das er nach der Mondgöttin Selene benannte. Neben seiner industriellen Anwendung (chemische Industrie, Herstellung von Halbleitern und Tonern), ist es auch ein essenzielles Spurenelement und somit überlebenswichtig für den Menschen, viele Tiere und manche Bakterien. Warum das so ist, konnte nun ein Team um Dr. Marcus Conrad (Institut für Entwicklungsgenetik, Helmholtz Zentrum München) unter Mithilfe von Dr. Carsten Berndt (Klinik für Neurologie, Heinrich-Heine Universität) und Dr. Gereon Poschmann (Molecular Proteomics Laboratory, Heinrich-Heine Universität) zum ersten Mal zeigen.

Die Wissenschaftler in München beschäftigen sich seit Jahren mit einer als Ferroptose bekannten Form des Zelltods. In diesem Zusammenhang spielt das Enzym Glutathionperoxidase (GPX) 4 eine wichtige Rolle, das normalerweise Selen in Form der Aminosäure Selenocystein enthält. „Um die Rolle von GPX4 besser zu beschreiben, hatten wir Mausmodelle etabliert und untersucht, bei denen das Enzym verändert war“, erklärt Studienleiter Conrad. „Dabei fiel uns vor allem eines auf, bei dem GPX4 nicht mit Selen, sondern mit Schwefel gebildet wird.“ Den Wissenschaftlern zufolge war dieses Modell aufgrund neurologischer Komplikationen nicht länger als drei Wochen lebensfähig.

Auf der Suche nach den Ursachen stießen die Forscher auf bestimmte Nervenzellen im Gehirn, die ohne selenhaltiges GPX4 während der Entwicklung durch Ferroptose zugrunde gegangen waren. Die Studie belegt damit zum ersten Mal, dass Selen ein essenzieller Faktor für die postnatale Entwicklung eines ganz bestimmten Typs von Nervenzellen ist. Die Ferroptose wird vor allem durch starken oxidativen Stress ausgelöst wird, wie er durch hohe Stoffwechselaktivität und bei der Signalübertragung in Nervenzellen typisch ist. In Düsseldorf konnte nachgewiesen werden, dass die Schwefelvariente des GPX4 oxidiert wird und die Zellen daher nicht mehr vor Ferroptose schützen kann.

Damit erklärt die Studie, warum Selenoenzyme in manchen Organismen wie den Säugern essenziell sind, wohingegen sie bei anderen Organismen wie Pilzen und höhere Pflanzen entbehrlich sind.

In künftigen Zusammenarbeiten wird der Mechanismus der Oxidation weiter untersucht und die Rolle von GPX4 in der Auslösung von Ferroptose untersucht. Langfristig möchte das Team um Dr. Conrad die Rolle der Ferroptose bei verschiedenen Erkrankungen verstehen, um derzeit noch nicht oder nur schwer therapierbare Erkrankungen wie Krebs oder Neurodegeneration lindern zu können.

Original-Publikation:
Ingold, I. et al. (2017): Selenium utilization by GPX4 is required to prevent hydroperoxide-induced ferroptosis. Cell, DOI: 10.1016/j.cell.2017.11.048

 

Kontakt:

Dr. Carsten Berndt, Thiol Redox Research in Molecular Neurology, Klinik für Neurologie, Heinrich-Heine Universität Düsseldorf, Life Science Center, Merowingerplatz. 1a, 40225 Düsseldorf, Tel. 0211/302039220, E-Mail: carsten.berndt(at)hhu.de

Dr. Gereon Poschmann, Molecular Proteomics Laboratory, Biologisch-Medizinisches Forschungszentrum, Heinrich-Heine Universität Düsseldorf, Universitätsstr. 1, 40225 Düsseldorf, Tel. 0211/8110567, E-Mail: gereon.poschmann(at)uni-duesseldorf.de

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