Von Markus C. Schulte v. Drach

Die zwei Seiten eines Proteins - einmal harmlos,einmal tödlich / Geschichte einer Entdeckung

Was sind Prionen?

Der Begriff Prion ist eine Wortschöpfung des amerikanischen Forschers und Nobelpreisträgers Stanley Prusiner.

Es ist die Abkürzung für "Proteinaceous infectious particle" dar, was auf deutsch soviel heißt wie "eiweißartige ansteckende Teilchen".

Das besondere an diesen Molekülen ist, dass sie ansteckende Krankheitserreger sind, im Gegensatz zu Bakterien und Viren jedoch keine Erbsubstanz zu besitzen scheinen.

Es handelt sind möglicherweise um reine Proteine (Eiweiße). Darauf deutet unter anderem, dass die Moleküle aktiv bleiben, auch wenn sie bestrahlt werden - eine Methode, die etwa bei Viren zur Zerstörung des Erbguts führt.

Darüber hinaus sind Prionen extrem widerstandsfähig gegen Desinfektionsmittel und Hitze und werden von Verdauungsenzymen nicht zerstört.

Idee aus den Sechziger Jahren

Die Idee, dass einige Krankheiten von Proteinen auslösen werden könnten, stammt schon aus den Sechziger Jahren.

Seit Mitte der Achtziger Jahre weiß man allerdings, dass Säugetiere - auch Menschen - ein Gen für Prion-Proteine tragen, und die Eiweiße natürlicherweise in unseren Hirnzellen vorkommen.

Prionen, die keine Krankheiten verursachen

Es gibt demnach Prionen, die keine Krankheiten verursachen - es sind die so genannten zellulären Prion-Proteine (PrPC) - und es gibt jene, die die Transmissiblen spongiformen Enzephalopathien auslösen.

In Anlehnung an die Schafkrankheit Scrapie werden sie meist PrPSc genannt werden. Bei erkrankten Menschen oder Tieren scheinen sie entweder von selbst zu entstehen (etwa bei der sporadischen Creutzfeldt-Jakob-Krankheit), oder die Krankheiten sind Folge einer Infektion.

Funktion der körpereigenen Prionen

Erst kürzlich kamen französische Wissenschaftler der eigentlichen Funktion der körpereigenen Prionen auf die Spur: Die Eiweiße scheinen an der Feinregulierung von Nervenzellen beteiligt zu sein. Sie sitzen an der Oberfläche der Fortsätze von Nervenzellen, über die Reize weitergeleitet werden.

Wie Odile Kellermann und ihr Team am Institut Pasteur in Paris feststellen konnten, beteiligen sie sich von hier aus an einer Signalkaskade, über die das Enzym Fyn-Tyrosin-Kinase aktiviert wird. Dieses Enzym wiederum löst eine ganze Reihe von Reaktionen in den Nervenzellen aus.

Der Weg der Erreger ins Gehirn

Wie die Prionen von außen - etwa über die Nahrung - ins Gehirn gelangen, ist noch nicht geklärt. Im Prinzip existieren zwei Möglichkeiten, Säugetiere zu infizieren.

Der eine ist die Übertragung von infektiösem Material direkt ins Gehirn. Auf diesem Wege wurde schon sehr früh nachgewiesen, dass auch Mäuse an Scrapie und Affen am Iatrogenen Creutzfeldt-Jakob-Leiden erkranken können.

Der zweite Weg ist noch nicht endgültig geklärt. Vermutet wird eine Ansteckung über die Nahrung - etwa verseuchtes Fleisch. Und im Gegensatz zu den körpereigenen Prionen werden die infektiösen PrPSc im Magen nicht zerstört.

Wie aber die Nahrung vom Magen oder Darm in das Gehirn gelangt, wird noch erforscht.

Immunsystem an der Ausbreitung beteiligt

Schon weil Prionen bei Schafen, Rindern und auch bei Menschen außer im Gehirn vor allem auch in den Mandeln, dem Darm und der Milz gefunden werden, wird seit einiger Zeit vermutet, dass das Immunsystem bei der Ausbreitung im Körper eine wichtige Rolle spielt.

Erreger in der Milz

Und 1998 stellten James Ironside und seine Kollegen vom Überwachungszentrum für die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit in Edinburgh fest, dass die Prionen sich in bestimmten Abwehrzellen, den so genannten follikulären dendritischen Zellen, die in den Lymphknoten und der Milz sitzen, ansammeln und vermehren.

Wissenschaftler der Universität Zürich um Adriano Aguzzi und Charles Weissmann vom Imperial College in London konnten nun kürzlich zeigen, dass Mäuse, die mit Scrapie angesteckt wurden, länger lebten als ebenfalls infizierte Artgenossen - wenn diese Abwehrzellen gezielt ausgeschaltet wurden.

Wie allerdings die Prionen von der Milz schließlich ins Gehirn gelangen, ist noch immer unklar.

Ein tödlicher Strukturwandel

Einer der zentralen Punkte der Prionen-Theorie Stanley Prusiners ist die Umwandlung von körpereigenen und harmlosen Prionen (PrPC) zu den krankheitserregenden Proteinen (PrPSc).

Dabei ist die Zusammensetzung der beiden Proteine identisch - lediglich die dreidimensionale Struktur ist verschieden.

Was die Umwandlung ursprünglich auslöst, ist unbekannt. Stößt jedoch eines der PrPSc-Moleküle auf harmlose PrPC, so ändern diese ihre Struktur und werden selbst infektiös.

Dafür spricht beispielsweise, dass nur Tiere, die selbst Prionen produzieren können, an Prionen-Krankheiten leiden. So genannte Knock-out-Mäuse, denen das PrP-Gen fehlt, lassen sich nicht mit Scrapie anstecken.

Die Art-Barriere: Ein Zaun mit Löchern

Die Gene, die die Blaupausen der körpereigenen Prionen darstellen, unterscheiden sich von Art zu Art - und damit besitzen auch die Prion-Proteine verschiedene Strukturen.

Die Gefahr, die nun durch die Infektion einer Tierart mit PrPSc einer anderen Art darstellt, scheint desto größer, je ähnlicher die körpereigenen Prionen der beiden Arten sind.

So unterscheiden sich die Schaf- und Kuh-Prionen lediglich an sieben Positionen. Dagegen ist der Unterschied zwischen dem Kuh- und dem Menschen-Prion mit 30 Stellen erheblich größer. Prionen, an der eine Art erkrankt, kann für andere Arten harmlos sein. Wissenschaftler sprechen hier von einer "Art-Barriere".

Auf der anderen Seite gibt es jedoch immer wieder Beispiele dafür, dass diese Barriere durchbrochen wird.

Gerade bei Menschen und Rindern ist die Struktur der normalen Prionen jedoch nahezu identisch, wie Zürcher Wissenschaftler um Kurt Wüthrich dieses Jahr herausgefunden haben.

Dies spricht dafür, dass die neue Variante der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit ihren Ursprung tatsächlich in der Rinderseuche BSE hat.