Ein Team der Universität Genf hat einen unerwarteten Mechanismus entdeckt, den das Protein Interleukin 38 nutzt, um Kondensate zu bilden, die wichtige Motoren der Hauterneuerung sind.
Die Mechanismen, die der Hauterneuerung zugrunde liegen, sind noch weitgehend unbekannt. Interleukin 38 (IL-38), ein Protein, das an der Regulierung von Entzündungsreaktionen beteiligt ist, könnte die Situation ändern. Ein Team der Universität Genf hat es zum ersten Mal in Form von Kondensaten in Keratinozyten, den Zellen der Epidermis, beobachtet. Das Vorkommen von IL-38 in diesen Aggregaten steigt in der Nähe der Hautoberfläche, die dem Luftsauerstoff ausgesetzt ist. Dieses Phänomen könnte mit der Auslösung des programmierten Todes der Keratinozyten, einem natürlichen Prozess in der Epidermis, zusammenhängen. Die Studie, die in der Fachzeitschrift Cell Reports zu lesen ist, könnte neue Perspektiven für die Erforschung der menschlichen Epidermis und der sie beeinträchtigenden Krankheiten eröffnen.
Die Epidermis, die oberste Hautschicht, schützt den Körper vor äußeren Einflüssen. Um ihre Erneuerung zu ermöglichen, produzieren die in ihrer tiefsten Schicht lokalisierten Stammzellen ständig neue Keratinozyten. Diese neuen Zellen werden nach und nach an die Oberfläche gedrückt, differenzieren sich und lagern Proteinkondensate ein. An der Spitze der Epidermis angekommen, durchlaufen die Keratinozyten einen programmierten Tod, die Cornifikation, um eine schützende Barriere aus toten Zellen zu schaffen.
Diese Ergebnisse könnten den Weg für ein besseres Verständnis der pathologischen Mechanismen ebnen, die zugrunde liegen
von bestimmten Hautkrankheiten.
Die Art und Weise, wie sich die Epidermis ständig erneuert, ist gut dokumentiert. Gaby Palmer-Lourenço, außerordentliche Professorin an der medizinischen Fakultät der Universität Genf und Hauptforscherin der Studie, erklärt: ’Die Mechanismen, die diesen Prozess antreiben, sind jedoch teilweise noch unbekannt.
Eine unerwartete Rolle
Interleukin 38 ist ein kleines Botenprotein, das die Kommunikation zwischen den Zellen sicherstellt. Es ist für seine Funktionen bei der Regulierung von Entzündungsreaktionen bekannt und sein Vorkommen in Keratinozyten wurde bislang mit seiner Rolle bei der Aufrechterhaltung des Immungleichgewichts der Haut in Verbindung gebracht. In den Keratinozyten in vivo haben wir entdeckt, dass IL-38 Kondensate bildet, d.h. spezialisierte Aggregate von Proteinen mit bestimmten biochemischen Funktionen, ein Verhalten, das für dieses Protein bislang unbekannt war", berichtet Gaby Palmer-Lourenço. Noch erstaunlicher war, dass die Menge an IL-38 in diesen Kondensaten umso größer war, je näher die Keratinozyten an der Oberfläche waren.
Eine Reaktion auf oxidativen Stress
Die Blutgefäße enden in der Hautschicht unterhalb der Epidermis. Daher ist die Menge an Sauerstoff, die den Keratinozyten zur Verfügung steht, in den unteren Schichten viel geringer als in der oberen Epidermis, die direkt dem Sauerstoff in der uns umgebenden Luft ausgesetzt ist. Doch obwohl Sauerstoff für das reibungslose Funktionieren der Zellen notwendig ist, verursacht er auch oxidativen Stress, indem er freie Radikale bildet, reaktive Moleküle, die die Zelle gefährden. Alejandro Díaz-Barreiro, Postdoktorand an der Medizinischen Fakultät der Universität Genf und Erstautor der Studie, bestätigt: ’Unsere Laborexperimente haben gezeigt, dass oxidativer Stress die Bildung von IL-38-Kondensaten verursacht’.
Unsere Ergebnisse legen nahe, dass mit zunehmender Nähe zur Epidermisoberfläche die steigende Sauerstoffkonzentration die Bildung von Proteinkondensaten fördert, die dann den Keratinozyten signalisieren, dass sie sich am richtigen Ort befinden, um in den Zelltod zu gehen", fährt Gaby Palmer-Lourenço fort. Diese Hypothese liefert neue Wege, um die Mechanismen der Erneuerung der Epidermis zu verstehen. Sie könnte auch den Weg für ein besseres Verständnis der pathologischen Mechanismen ebnen, die bestimmten Hauterkrankungen wie Psoriasis oder atopischer Dermatitis zugrunde liegen. Diese Fragen werden von der Forschungsgruppe im Rahmen weiterer Arbeiten bewertet.
Beitrag zu einer Alternative zum Tiermodell
Alejandro Díaz-Barreiro arbeitet bereits am nächsten Schritt: "In unserem bisherigen Modell wurden die Auswirkungen von oxidativem Stress in einer einzigen Schicht von Keratinozyten künstlich erzeugt, was sich von der tatsächlichen Situation in der Haut unterscheidet. Wir entwickeln daher ein neues experimentelles System, mit dem wir in vitro rekonstruierte menschliche Epidermis einem Sauerstoffgradienten aussetzen können. In diesem Modell wird nur die Oberfläche der Epidermis mit der Umgebungsluft in Berührung kommen, während die anderen Schichten von ihr abgeschirmt sind. Auf diese Weise können wir die Auswirkungen von oxidativem Stress auf die Erneuerung der Epidermis im Detail untersuchen. Da dieses neue System eine genauere Analyse menschlicher Zellen ermöglicht, wird es eine Alternative zu den Tiermodellen bieten, die häufig für die Untersuchung der Biologie und Krankheiten der Haut verwendet werden.
