Wie altersbedingte Katarakte entstehen könnten

Neue Forschungsergebnisse aus den USA zeigen, wie chemische Veränderungen in den Proteinen der Augenlinse zur Katarakt führen könnten. Hierzu untersuchen die Wissenschaftler den Zusammenhang von altersbedingter Oxidation mit Veränderungen in der Proteinbewegung.

Katarakt ist weltweit eine der Hauptursachen für Erblindung. Zudem wird sie von der Weltgesundheitsorganisation als vorrangig zu behandelnde Krankheit eingestuft.

In einer neuen Studie haben Forscher der University of California, Irvine, USA, herausgefunden, wie eine subtile chemische Veränderung in einem Protein der Augenlinse dazu führen kann, dass das Protein mit der Zeit leichter verklumpt. Das könnte auf einen frühen Schritt bei der Entstehung der Katarakt hindeuten.

Subtile chemische Veränderung in Kristallinen könnte ursächlich für Kataraktentstehung sein

Die im Fachjournal „Biophysical Reports“ veröffentlichte Studie konzentriert sich auf Proteine namens Kristalline. Diese tragen dazu bei, die Augenlinse klar zu halten. Diese Proteine sind eigentlich für ein ganzes Leben ausgelegt. Doch im Gegensatz zu den meisten Zellen im Körper kann die Linse beschädigte Proteine nicht ersetzen. So können sich chemische Veränderungen über Jahrzehnte hinweg allmählich ansammeln.

„Was uns überrascht hat, ist, dass das Protein zwar noch weitgehend normal aussehen kann, aber schon eine kleine chemische Veränderung die Wahrscheinlichkeit, dass es an andere Proteine haftet, deutlich erhöht“, sagte die Hauptautorin Yeonseong (Catherine) Seo, Doktorandin der Chemie an der UC Irvine. „Mit der Zeit können sich diese kleinen Wechselwirkungen summieren und die Linse trüben.“

Oxidative Veränderung im Linsenprotein führt zur leichteren Verklumpung

Das Team untersuchte altersbedingte Katarakte. Diese Art entsteht in der Regel nicht genetisch bedingt, sondern entwickelt sich langsam aufgrund von Umwelteinflüssen wie ultravioletten Licht der Sonne. UV-Licht verursacht chemischen Stress im Auge, der die Kristallinproteine schädigen kann.

Um besser zu verstehen, wie sich diese Schädigung auf die Linsenproteine auswirkt, griffen die Forscher auf ein Werkzeug namens „Genetic Code Expansion“ (GCE) zurück. Diese Methode ermöglicht es Wissenschaftlern, Proteine mit spezifischen chemischen Eigenschaften herzustellen.

In ihrer Studie nutzten Seo und ihr Team das Werkzeug auf eine andere Art und Weise, um eine bestimmte Art chemischer Veränderung nachzubilden, die im alternden Auge auf natürliche Weise auftritt. „Mit GCE können wir sehr präzise Veränderungen an einem Protein vornehmen“, erklärte Seo. „Wir haben es genutzt, um eine bestimmte Art von Schädigung nachzubilden, die bei altersbedingten Katarakten auftritt, und genau zu beobachten, was sie bewirkt.“

Mit diesem Ansatz führten die Forscher an einer bestimmten Stelle in einem Linsenprotein namens γS-Kristallin eine kleine oxidative Veränderung ein. Selbst mit dieser Modifikation blieb das Protein gefaltet und stabil. Unter Hitzeeinwirkung klumpte es jedoch viel leichter zusammen als die unmodifizierte Version. „Das Protein zerfällt nicht sofort“, berichtete Seo. „Es wird nur etwas anfälliger für Wechselwirkungen mit seinen Nachbarn, und mit der Zeit kann das zu Verklumpungen führen.“

Wie natürliche Abwehrmechanismen des Auges gegen Proteinverklumpungen mit dem Alter schwächer werden

Seo und ihr Team untersuchen nun, warum dies geschieht. Dafür erforschen sie, wie Oxidation die natürliche Bewegung dieser Proteine beeinflusst. Proteine sind keine starren Strukturen. Und ihre subtilen Bewegungen tragen dazu bei, empfindliche Bereiche sicher geschützt zu halten.

„Wir beobachten im Grunde genommen, wie das Protein atmet“, erörterte Seo. „Wenn bestimmte Teile sich stärker bewegen, als sie sollten, kann dies Bereiche kurzzeitig freilegen, die normalerweise geschützt sind.“

Indem sie altersbedingte Oxidation mit Veränderungen in der Proteinbewegung in Verbindung bringen, hoffen die Forscher, besser zu verstehen, wie die natürlichen Abwehrmechanismen des Auges gegen Proteinverklumpungen mit zunehmendem Alter allmählich schwächer werden. Diese Arbeit bringt die Forscher einen Schritt näher an die Entdeckung von Möglichkeiten, die Katarakt zu verlangsamen oder zu verhindern, bevor sie das Sehvermögen beeinträchtigt.

„Fast jeder, der lange genug lebt, bekommt altersbedingten Grauen Star“, so Rachel Martin, Professorin für Chemie an der UC Irvine und korrespondierende Autorin der Studie. „GCE ermöglicht es uns, spezifische Veränderungen zu untersuchen, die bei Proteinen in der alternden Linse auftreten und so unser Verständnis der Ursachen des Grauen Stars auf molekularer Ebene zu vertiefen. Das Verständnis des mit dem Altern einhergehenden Funktionsverlustes könnte in Zukunft zu nicht chirurgischen Behandlungsmethoden oder verbesserten künstlichen Linsen führen.“

(sas/BIERMANN)