Schlüsselmechanismus in der Entwicklung der menschlichen Lunge identifiziert

Erkenntnisse aus einer Studie an Organoiden aus embryonalen Zellen eröffnen neue Einblicke in die Lungenentwicklung. Sie können als Grundlage für zukünftige Strategien sowohl die Prävention als auch für die Behandlung von Lungenerkrankungen betreffend dienen.

Wissenschaftler von der Universität Barcelona und dem August Pi y Sunyer Biomedical Research Institute (IDIBAPS) in Spanien haben in einer Untersuchung gezeigt, dass das Protein IGFBP3 in der Entwicklung der menschlichen Lunge eine wichtige Rolle spielt. Die Ergebnisse können sowohl Therapien als auch präventive Maßnahmen voranbringen, meinen die Wissenschaftler – insbesondere, wenn es um Atemwegserkrankungen bei Neugeborenen geht.

Zudem hat die Verwendung menschlicher Embryonen in dieser Studie zu „viel genaueren und biomedizinisch relevanteren“ Ergebnissen in Bezug auf die Entwicklung der menschlichen Lunge geführt als solche aus Tiermodellen, erklären die Forschenden. „Zwar sind Tiermodelle von Nutzen, wenn es um das Verständnis bestimmte Aspekte der Entwicklung geht, doch gibt es entscheidende Unterschiede bezüglich der Struktur, der Funktion, und vor allem die Entwicklungszeit zwischen den Spezies“, fügten die Wissenschaftler hinzu.

Therapeutische Implikationen für Atemwegserkrankungen und Lungenkrebs

Obwohl noch mehr Studien notwendig sind, bevor man über klinische Anwendungen nachdenken kann, eröffnen die Erkenntnisse aus der aktuellen Untersuchung neue Wege für ein besseres Verständnis von Atemwegserkrankungen, insbesondere solche, die Frühgeborene betreffen, wie die pulmonale Hypoplasie. „Zu verstehen, wie miR-34a die Expression von IGFBP3 reguliert, könnte die zukünftige Entwicklung gezielter Therapien erleichtern, die ein angemessenes Wachstum von Alveolen fördern und die Lungenfunktion von Neugeborenen mit dieser Erkrankung verbessern“, schreiben die Verfasser der aktuellen Arbeit.

In Bezug auf onkologische Erkrankungen der Lunge könnte IGFBP3 ebenso eine relevante Rolle zukommen, insbesondere in Relation zu Krebsstammzellen. „Wir haben beobachtet, dass erhöhte Konzentrationen von IGFBP3 in Lungentumorgewebe mit einer schlechteren Prognose in den frühen Stadien der Erkrankung korreliert“, erklären die Wissenschaftler. „Daher wäre es interessant zu untersuchen, ob die IGFBP2-Modulation Einfluss auf die Differenzierung dieser Krebsstammzellen hat und ihre Fähigkeit zu Migration, Invasion und Metastasenwachstum bremst.“. Die Wissenschaftler möchten deshalb als Nächstes ihre Forschung an Organoiden mit Gewebe von Lungenkrebspatienten fortsetzen.

Wichtiges Protein für das Gleichgewicht von Pluripotenz und Zelldifferenzierung

IGFBP3 ist ein sowohl in pathologischen (wie Krebs) als auch in physiologischen Prozessen gut erforschtes Molekül. Es ist an der Regulierung der Zellproliferation, -differenzierung und des Zellüberlebens beteiligt. In ihrer neuen Studie haben die Forschenden nun einen bisher unbekannten Aspekt enthüllt: die Bedeutung dieses Proteins während der Embryogenese der menschlichen Lunge. Wie Melissa Acosta-Plasencia, Forscherin an der Universität Barcelona und gemeinsam mit Joan J. Castellano Erstautorin der Arbeit erklärt, hilft dieses Protein dabei, Lungenepithelzellen in einem undifferenzierten Zustand zu halten.

Im Laufe der Lungenentwicklung muss die IGFBP3-Expression reduziert werden, damit eine Zelldifferenzierung stattfinden und Lungengewebe sich normal ausbilden kann. Acosta-Plasencia formuliert: „Im Verlauf der Embryogenese muss dieses Protein stummgeschaltet werden, was uns zeigt, dass es für die Erhaltung der Lungenstammzellen von entscheidender Bedeutung ist.“

In der aktuellen Arbeit beschreiben die Wissenschaftler auch die Interaktion zwischen IGFBP3 und miR-34a, einem microRNA-ähnlichen Molekül, das eine entscheidende Rolle bei der Kontrolle der Genexpression spielt. Es wirkt ab der achten Woche der Lungenentwicklung, indem es die IGFBP3-Produktion im Lungenmesenchym und anschließend im Epithel hemmt, um die in dieser Phase des Entwicklungsprozesses erforderliche Zelldifferenzierung zu erleichtern.