Wissenschaftler haben einen biochemischen Rätselpunkt gelöst: Reifende rote Blutzellen nehmen in ihrer Endphase mithilfe des Transporterproteins HRG1 Häm aus Nachbarzellen auf. Diese Entdeckung der University of Maryland School of Medicine beleuchtet neue Behandlungswege für Blutkrankheiten wie β-Thalassämie.
Lange Zeit standen Forschende vor der Frage, wie unreife rote Blutzellen ihren enormen Bedarf an Häm decken können. Häm ist eine eisenhaltige Schlüsselkomponente des Hämoglobins, dem roten Blutfarbstoff, der Sauerstoff durch den Körper transportiert. Das Rätsel verstärkte sich dadurch, dass diese Vorläuferzellen ihre eigenen hämproduzierenden Strukturen, die Mitochondrien, bereits im Laufe ihrer Reifung abbauen, bevor die Hämoglobin-Produktion abgeschlossen ist. Neue Untersuchungen aus der Fachzeitschrift Science, durchgeführt von einem Team der University of Maryland School of Medicine (UMSOM), zeigen nun, wie dieser Prozess funktioniert: Die Zellen importieren das notwendige Häm direkt aus ihrer zellulären Umgebung.
Das Transporterprotein HRG1 als entscheidender Faktor
Der neu entdeckte interzelluläre Häm-Transfer wird durch das Transportprotein HRG1 (Heme Responsive Gene 1) ermöglicht. Dieses Protein wurde vor Jahren von der Forschungsgruppe um Dr. Iqbal Hamza in einem mikroskopischen, blutlosen Wurm entdeckt. In Versuchen an Mäusen wiesen die Wissenschaftler nach, dass das HRG1-Gen in unreifen roten Blutzellen – den Erythroblasten – aktiv ist und seine Aktivität mit fortschreitender Reifung der Zellen zunimmt.
Wenn das System unter Stress steht und rasch neue Erythrozyten bilden muss – etwa bei starkem Blutverlust oder Sauerstoffmangel in großer Höhe –, erweist sich der Transporter als unverzichtbar. Mäuse, bei denen das Gen experimentell ausgeschaltet wurde, konnten ihre Produktion an roten Blutzellen in Stresssituationen nicht adäquat steigern. Die gebildeten Zellen nahmen unzureichend Hämoglobin auf und starben vor Erreichen ihrer vollen Reife ab, was zu einer schweren Anämie führte.
„We found that in the absence of HRG1, the red blood cells that are produced are sub-optimal, which means that when the system is stressed and must make more red blood cells than usual, they may have a hard time doing so without HRG1.“
Dr. Iqbal Hamza, PhD, UMSOM
Neue Perspektiven für die Behandlung von Anämie und β-Thalassämie
Die gewonnenen Erkenntnisse berühren unmittelbare Fragen der klinischen Hämatologie. Eisenmangelanämie gilt weltweit als die am weitesten verbreitete Ernährungsstörung, bei der blasse und hämoglobindefiziente rote Blutzellen einen typischen Krankheitsmarker darstellen.
Durch die Regulierung der Häm-Zufuhr mittels HRG1 könnten künftig neue Strategien zur Steigerung der Hämoglobinproduktion entwickelt werden, um die Morbidität und Mortalität im Zusammenhang mit Blutarmut substanziell zu senken.
Besonderes Augenmerk richtete das Forschungsteam auf die β-Thalassämie, eine erbliche genetische Bluterkrankung, die weltweit schätzungsweise zehn Millionen Menschen betrifft. Bei dieser Störung führt eine unzureichende Bildung von Hämoglobin und roten Blutzellen zu schwerer Anämie. Da sich dabei toxisches freies Häm anreichert, das nicht in das Hämoglobin eingebaut wird, testeten die Wissenschaftler eine gezielte Reduktion der HRG1-Genaktivität. Das Löschen einer einzigen Kopie des HRG1-Gens in einem entsprechenden Tiermodell führte zu messbaren Verbesserungen bei der Produktion roter Blutzellen und milderte die Symptome der Anämie ab.
„By identifying strategies to mitigate anemia, such as regulating heme delivery through HRG1 to enhance hemoglobin production, we could substantially reduce the morbidity and mortality associated with this condition.“
Dr. Iqbal Hamza, PhD, UMSOM
Einordnung im Bereich der hämatologischen Forschung
Das Institut unterstützt Forschungsarbeiten zur Erforschung normaler und gestörter Blutzellfunktionen sowie zur Entwicklung neuer Therapien für Patienten, die auf Transfusionen angewiesen sind.
Die Entdeckung des interzellulären Häm-Transfers verbindet die Grundlagenforschung an zellulären Proteinen mit dem Verständnis von Erkrankungen, bei denen ein Ungleichgewicht von Häm zu Entzündungen, oxidativem Stress und Organschäden führt. Das betrifft neben der Thalassämie ein breites Spektrum weiterer Blutkrankheiten wie die Sichelzellenanämie.
