Kohlenmonoxid – ein entzündungshemmender Stoffwechselregulator
Der menschliche Organismus aktiviert verschiedene zelluläre Mechanismen zur Verhinderung und Bekämpfung von Entzündungen. Hierzu zählt unter anderem das Hämoxygenase-1 (HO-1)-System, welches inflammatorischen und oxidativen Stress reduziert. Bei HO-1 handelt es sich um ein Protein, das einen Bestandteil des Hämoglobins (Häme) abbaut und CO erzeugt. Neue Studien legen nahe, dass CO mit den Mitochondrien interagiert, den zellulären Organellen, die Energie in Form von ATP erzeugen. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts INFLAM-MITO-CO (Mechanistic studies on carbon monoxide (CO)-induced modulation of mitochondrial function in neuroinflammation) wurde die Hypothese geprüft, dass die entzündungshemmenden Aktivitäten des HO-1/CO-Systems über die Mitochondrien vermittelt werden. Ein besonderer Fokus lag auf den Auswirkungen von CO auf den Metabolismus und den Entzündungsstatus von Mikrogliazellen. Diese Immunzellen des Gehirns steuern Nervenentzündungen. Vor Kurzem wurden in dem Labor des Projekts CO-freisetzende Moleküle (CO-RMs) untersucht, die für die kontrollierte Zuführung von CO in die Zellen konzipiert sind. Die Wissenschaftler zielten auf die Gestaltung von Molekülen mit dualer Funktionalität ab, um die Schutzaktivitäten des HO-1/CO-Systems zu maximieren. Bei dieser Projektmaßnahme wurden verschiedene CO-RMs künstlich hergestellt und auf deren vorteilhafte Eigenschaften in Säugetierzellen hin beschrieben. Diese Moleküle aktivierten das HO-1/CO-System in kardialen Zellen, in Hirn-Mikrogliazellen sowie in zirkulierenden inflammatorischen Zellen und verringerten Entzündungen. Diese Ergebnisse bewiesen die Machbarkeit der Erzeugung von CO-RMs mit dualer Funktionalität und regten zur Schaffung neuer chemischer Strukturen an. Im Hinblick auf die metabolischen Untersuchungen beleuchteten die Wissenschaftler detailliert die Funktion der Mitochondrien, welche zur Erzeugung von Energie in den Zellen Sauerstoff verwenden. Es wurde festgestellt, dass das geringe CO-Niveau den Sauerstoffverbrauch von der Energieerzeugung entkoppelt. Bei der Entkopplung handelt es sich um einen regulatorischen Vorgang, der die Mitochondrien vor den schädlichen Auswirkungen oxidativen Stresses schützt. Die Projektergebnisse bestätigten, dass die Entkopplung auftritt, wenn HO-1 in die Zellen induziert wird. Dies deutet darauf hin, dass endogener CO für die beobachtete Wirkung verantwortlich sein könnte. Diese Erkenntnisse legen nahe, dass CO über eine direkte Modulation der mitochondrialen Funktion vorteilhafte Wirkungen hat. Im Rahmen des Projekts wurden wichtige Daten zur Synthese und Funktion potenziell nützlicher neuer therapeutischer Instrumente gewonnen, welche auf das schützende HO-1/CO-System zurückgreifen. Die Resultate bewiesen die Bedeutung von CO als Modulator des Zellstoffwechsels und haben wichtige Implikationen für die pharmazeutische Anvisierung der Entzündungsreaktion.
Schlüsselbegriffe
Kohlenmonoxid, Entzündung, neurodegenerative Erkrankungen, Hämoxygenase-1, INFLAM-MITO-CO
