Unsere Lunge ist permanent widrigen Umwelteinflüssen ausgesetzt, die ihre Zellen schädigen oder gar zerstören können. Folglich muss das betroffene Gewebe so schnell wie möglich ersetzt werden.

Gemeinsam mit ihren Kollegen vom Max-Planck-Institut (MPI) für Biochemie konnten Wissenschaftler am Helmholtz Zentrum München nun erstmals detaillierte Einblicke in die dynamischen Veränderungen der Gewebszusammensetzung während dieses Prozesses gewinnen.

Lungenerkrankungen sind derzeit nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) die dritthäufigste Todesursache der Welt: Toxische Partikel, Infektionen und chronische Entzündungsreaktionen bedrohen unsere Atemwege. Ein entscheidender Vorgang ist in diesem Zusammenhang die Heilung des Lungengewebes nach erfolgter Schädigung. Da kausale Therapien zurzeit rar sind, ist es wichtig zu verstehen, wie diese Entzündungs- und Heilungsprozesse in der Lunge ablaufen.

Einem interdisziplinären Wissenschaftlerteam um Prof. Dr. Matthias Mann, Direktor am MPI für Biochemie, und Prof. Dr. Oliver Eickelberg, Chairman am Comprehensive Pneumology Center (CPC) des Helmholtz Zentrums München und des Klinikums der Universität München, ist es nun erstmals mit Hilfe neuer Methoden der Massenspektrometrie gelungen, diese dynamischen Veränderungen in der Zusammensetzung des Lungengewebes in den unterschiedlichen Phasen der Geweberegeneration genau zu ermitteln und darzustellen.

Mehr als 8.000 Proteine untersucht

Um sich nach einer Verletzung zu regenerieren, ersetzt die Lunge die geschädigten Zellen in ihrer Oberfläche durch Stammzellen. Die molekularen Mechanismen dieses Vorgangs sind bisher nur wenig untersucht und verstanden. Kommt es zu einer solchen Verletzung, müssen die für die Reparatur nötigen Stammzellen durch eine komplexe Mischung aus Botenstoffen und Proteinen der Extrazellulären Matrix (EZM) aktiviert werden. Nur durch dieses komplexe Zusammenspiel kann der Ursprungszustand der Lunge wieder hergestellt werden. Erstmals wurde nun die genaue Menge von über 8.000 Proteinen des Lungenproteoms im gesamten Zeitverlauf dieses mehrstufigen Reparaturprozesses ermittelt und bioinformatisch ausgewertet. „Insbesondere die jetzt gewonnene Information zur genauen Zusammensetzung und Veränderung der EZM und deren dynamischer Interaktion mit verschiedenen Botenstoffen erlaubt es uns neue Hypothesen zur Aktivierung von Stammzellen in der Lunge zu entwickeln“, erklärt Dr. Herbert Schiller, Erstautor der Studie.

Die Forschungsergebnisse sind eine wichtige Basis für weitere translationale Forschungsansätze zur Entstehung der Lungenfibrose und chronischer Lungenerkrankungen im Allgemeinen, so die Wissenschaftler. „Diese neuartige Methode der Massenspektrometrie erlaubt es uns, Unterschiede in der Art und Menge von Eiweißstoffen bei Patienten und Gesunden zu analysieren und so völlig neue Therapieansätze für chronische Lungenkrankheiten zu entwickeln“, blickt Eickelberg voraus.