Wie Muskeln mehr Blut anfordern

Donnerstag, 14. Februar 2008, 19:10 • Rubrik Biologie, Chemie, Medizin.

Sobald ein Muskel verstärkt in Aktion tritt, weiten sich die Blutgefäße, um ihn mit mehr Sauerstoff und Brennstoff zu versorgen. Auf welche Weise die Adern von dem erhöhten Bedarf erfahren, glauben amerikanische Forscherinnen herausgefunden zu haben. Ihren Experimenten zufolge, legt die Muskelbewegung selbst den Schalter um – und das durchaus im mechanischen Sinne.

Skelettmuskelzellen bergen eine hochgezüchtete Maschinerie aus Proteinsträngen, die sich gegeneinander verschieben und so die Zelle zusammenziehen können. EM-Aufnahme: NASA-Marshall Space Flight Center

Die Verformung des Gewebes bei der Muskelkontraktion scheint das Signal zur Weitung der Blutgefäße zu geben, berichtet die Gruppe um Denise Hocking und Ingrid Sarelius von der University of Rochester im Fachblatt “Circulation Research”. Ausgangspunkt ist demnach das Fibronektin. Das Protein bildet lange Stränge im Bindegewebe. Und werden diese Fibrillen in die Länge gezogen, entblößen sie eine zuvor verborgene Erkennungsstelle für Signalmoleküle.

Aus dieser Erkenntnis könnten sich einige medizinische Anwendungen ergeben, glaubt Sarelius. “Unsere Daten lassen vermuten, dass gezielt verändertes Fibronektin einen ebenso einfachen wie eleganten Weg eröffnet, die normale Funktion der Blutgefäße im Alter aufrechtzuerhalten oder, im Falle schlecht heilender Wunden, überhaupt erst wiederherzustellen.”

Beim Fibronektin handelt es sich um ein großes Protein mit einer Vielzahl von Formen und Funktionen im Körper. Beispielsweise tritt es im Blut als Botenstoff in einer löslichen Form auf, während es im “Kitt” zwischen den Zellen, der extrazellulären Matrix, Bindegewebsproteine und Ankermoleküle in der Zellmembran verknüpft. Ähnlich einem Schweizer Taschenmesser, enthält es mehrere Module mit unterschiedlichen Funktionen. Eines dieser Module, eine Bindungsstelle für Heparin und andere Signalmoleküle, wird normalerweise von anderen Teilen der Proteinkette verdeckt.

Ein junger Hamster wird von einer Hand gehalten. Tolle Bauchmuskeln, was?
Foto: Friday /Dreamstime

Beim Studium der Bauchmuskulatur von Hamstern fanden Hockings und Kolleginnen, dass ständig Fibronektin aus dem Blut in den Raum zwischen Blutgefäßen und Muskelzellen transportiert wurde und dort ein ausgedehntes Fibrillen-Netzwerk bildete. Versuchsweise gaben die Forscherinnen Antikörper gegen die kryptische Bindungsstelle in das Gewebe. Tatsächlich reagierten die Blutgefäße daraufhin nur noch schwach, wenn der Muskel Arbeit verrichtete. Umgekehrt weiteten sie sich, sobald Fibronektin-Fragmente mit der nicht verdeckten Heparin-Erkennungsstelle zugegeben wurden. Die Medizinerinnen vermuten daher, dass das Fibronektin-Netzwerk als eine Art Sensornetz für mechanischen Zug fungiert.

Forschung: Denise C. Hocking, Patricia A. Titus, Ronen Sumagin und Ingrid H. Sarelius, Department of Pharmacology and Physiology und Department of Biomedical Engineering, University of Rochester, Rochester, New York

Veröffentlichung Circulation Research, DOI 10.1161/CIRCRESAHA.107.158501

WWW:
Denise Hocking, Sarelius Lab, University of Rochester
Fibronectin Molecular Interactions
- Fibril Formation and Matrix Assembly
Extrazelluläre Matrix

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