Lungenforschung

Wie werden Lungenvolumen und Atmung reguliert?

23. Jan 2017

Über den Piezo2-Ionenkanal nimmt der Körper das aktuelle Lungenvolumen wahr und reguliert so die Atmung. Ein Forscherteam vom US-amerikanischen Scripps Research Institute (TSRI) in San Diego hat diese wichtige Funktion des Piezo2-Moleküls im Tiermodell nachgewiesen. Ihre Ergebnisse wurden in ‚Nature‘ veröffentlicht. Die Forschungsergebnisse könnten Hinweise zur Entstehung von plötzlichem Kindstod liefern und auch für die Behandlung von Atemwegserkrankungen wie COPD von Bedeutung sein.

Foto: @sciencedisplay/ fotolia

Bisher war bekannt, dass das Piezo2-Molekül als molekularer Sensor wirkt, der vor allem eine Rolle dabei spielt, wie Berührung, Bewegung und Körperpositionierung im Raum wahrgenommen werden. In sensorischen Nervenzellen bildet das Molekül einen Ionenkanal, der sich bei Berührung, Druck oder Bewegung öffnet. Elektrische Teilchen gelangen hindurch und es entsteht ein elektrisches Signal in der Nervenzelle, das dann an das Gehirn weitergeleitet wird und so den äußeren Reiz vermittelt. Das Forscherteam vom Scripps Research Institute (TSRI) konnte nun zeigen, dass Piezo2 auch misst, wie stark die Lunge mit Luft befüllt ist. Das Molekül scheint so eine Schlüsselrolle bei der Regulation der Atmung zu spielen.

Die Funktion von Piezo2 wurde im genetisch veränderten Tiermodell untersucht. Es zeigte sich, dass die Lungen von neugeborenen Mäusen, denen der Ionenkanal fehlte, sich nicht richtig ausweiteten und die Tiere nur sehr flach atmen konnten. Durch den kaputten Piezo2-Ionenkanal kann die Nervenzelle die Veränderung des Lungenvolumens nicht richtig an das Gehirn weitergeben. Dadurch ist das Gehirn im Umkehrschluss auch nicht mehr in der Lage, korrekte Signale für die Atmung an die Lunge zu liefern. Laut aktuellen Studien zeigen auch Kinder mit einer Störung im piezo2-Gen eine flache Atmung und müssen medizinisch betreut werden.

Abweichende Ergebnisse zeigen sich bei erwachsenen Mäusen mit defektem Piezo2-Molekül. Diese Tiere konnten weiterhin atmen, jedoch war der sogenannte Hering-Breuer-Reflex gestört. Dieser Schutzreflex der Lunge verhindert normalerweise, dass  zu viel Luft eingeatmet wird und sich das Lungengewebe überdehnt. Auch COPD-Patienten zeigen oft einen geschwächten Hering-Breuer-Reflex. Und man nimmt an, dass auch Krankheitsbilder wie Schlafapnoe und Plötzlicher Kindstod mit beschädigten sensorischen Nervenzellen im Bereich der Atemwege in Verbindung stehen.

Die Ergebnisse dieser Studie und weitere Forschungen am piezo2-Gen könnten also dabei helfen, in Zukunft besser zu verstehen, wie diese Krankheiten entstehen und somit auch für die Entwicklung neuer Therapieansätze von Nutzen sein.

Quellen:

Nonomura K. et al.: Piezo2 senses airway stretch and mediates lung inflation-induced apnoea. In: Nature 2017. Online publiziert am 21. Dezember 2016

The Scripps Research Institute: TSRI Study: Protein Monitors Lung Volume and Regulates Breathing. Pressemitteilung vom 22. Dezember 2016


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