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Wissenschaftler:innen haben einen Meilenstein in der Erforschung von kindlichem Asthma erzielt. Ihre Studie zeigt, wie ein bestimmter Gendefekt bei Kindern zunächst zu häufigen Virusinfektionen und später zu Asthma führt. Die Ergebnisse, die im American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine veröffentlicht wurden, bieten einen neuen Ansatz für Therapien. Die Forschungsgruppe ist ein Zusammenschluss aus Helmholtz Munich, der Technischen Universität München (TUM), dem Zentrum für Allergie und Umwelt (ZAUM) und dem Deutschen Zentrum für Lungenforschung (DZL).
Ursache für Asthma im Kindesalter bisher ungeklärt
Eines von drei Kindern entwickelt in den ersten Lebensjahren eine frühe Form von Asthma. Von diesen Kindern haben 80 Prozent einen genetischen Defekt auf dem Chromosom 17. Häufig leiden sie unter viral bedingtem Lungenpfeifen und entwickeln später Asthma. Die Mechanismen, die dem Gendefekt zugrunde liegen, waren bisher unbekannt. Deshalb konnten nur die Symptome, nicht aber die Ursache behandelt werden. „Wir haben nun herausgefunden, warum der Gendefekt die Kinder anfälliger für Virusinfektionen macht, was ein hohes Risiko für die Entwicklung von Asthma darstellt“, sagt Dr. Constanze Jakwerth, Erstautorin der Studie.
Screening bei Kindern offenbart erhöhte Proteinexpression
Frühere epidemiologische Studien ließen bereits vermuten, dass ein Zusammenhang zwischen dem Gendefekt und Virusinfektionen besteht. Daher untersuchten die Wissenschafler:innen das Nasenschleimhautgewebe von 261 Kindern mit frühem Asthma, das in diesem Alter nur durch Pfeifgeräusche in der Lunge („Giemen“ genannt) diagnostiziert werden kann. Um die Ursachen zu erforschen, haben sie mit kleinen Bürsten einige Zellen aus der Nasenhöhle entnahmen. Diese Methode ist wenig invasiv und ermöglicht die Analyse der gesamten Gentranskripte (Transkriptom) in diesen Nasenzellen. Dadurch konnten die Forschenden Veränderungen und Muster („Nasotypen“) in der Genexpression erkennen, die sich bei Kindern mit und ohne Gendefekt stark unterscheiden.
Die Wissenschaftler:innen fanden heraus, dass der Gendefekt eine erhöhte Expression des Proteins GSDMB verursacht. Dieses Protein bildet Poren und ist für die Immunantwort der Kinder entscheidend. Sie entdeckten, dass die genetisch verstärkte Expression von GSDMB eine gestörte Interferon-Antwort verursacht. Interferone wiederum sind für die zelluläre Reaktion auf Virusinfektionen bedeutend. Dabei gibt es drei Klassen von Interferonen. Die Forschenden beobachteten, dass die Nasenzellen von Kindern mit dem Gendefekt mehr Interferone Typ 2, aber weniger Interferone des Typ 1 und 3 aufwiesen. Letztere sind jedoch wichtig für die Virusabwehr. Damit konnten die Wissenschaftler:innen klären, warum der Gendefekt die Kinder anfälliger für Virusinfektionen macht und damit deren Asthmarisiko erhöht.
Weniger Infektionen könnten das Asthmarisiko verringern
„Wir wissen jetzt, dass der Gendefekt auf dem Chromosom 17 zu einem bestimmten Genexpressionsmuster führt, das wir beeinflussen oder sogar korrigieren können. Unser Ziel ist es, den Abwehrdefekt in den Atemwegen der Kinder zu beheben. Wir arbeiten an neuen Medikamenten, Inhalationssprays, die die Abwehr des Virus unterstützen, indem sie die Epithelbarriere für eine angemessenere Reaktion stimulieren“, sagt Prof. Carsten Schmidt-Weber, der die Studie bei Helmholtz Munich und TUM leitete.
„Frühe Virusinfektionen scheinen das Immunsystem der Kinder zu verändern und brechen damit die Toleranz gegenüber normalerweise harmlosen Allergenen. Das wiederum fördert die Entwicklung von Asthma. Wenn wir diese Infektionen also mit neuen Medikamenten, die direkt auf den Gendefekt abzielen, effizienter kontrolliert können, so sind wir zuversichtlich, dass weniger Kinder Asthma entwickeln werden“, sagt Prof. Erika von Mutius, Mitautorin der Studie.
Über die Wissenschaftler:innen
Prof. Dr. Carsten Schmidt-Weber, Direktor des Instituts für Allergieforschung bei Helmholtz Munich, Lehrstuhl für Molekulare Allergologie und Umwelt an der TUM und Leiter des Zentrums für Allergie und Umwelt (ZAUM)
Prof. Dr. med. Erika von Mutius, Direktorin des Instituts für Asthma- und Allergieprävention und Direktorin des Environmental Health Centers bei Helmholtz Munich, Leiterin der Abteilung für Asthma und Allergie am Dr. Hauner'sches Kinderspital
Dr. Constanze Jakwerth, stellvertretende Gruppenleiterin der Forschungsgruppe Atemwegsimmunologie am Institut für Allergieforschung bei Helmholtz Munich
Über ZAUM
Das Zentrum für Allergie und Umwelt (ZAUM) betreibt Grundlagen- und angewandte Forschung, um die Ursachen von Allergien zu erforschen und neue Präventionsstrategien sowie Angriffspunkte für innovative Therapien zu identifizieren. Die Forschung am ZAUM wird im Wesentlichen durch Drittmittel finanziert, wobei die Grundfinanzierung zu gleichen Teilen von Helmholtz Munich und der TUM stammt. Das ZAUM ist Mitglied des Deutschen Zentrums für Lungenforschung (DZL) und spielt dort eine entscheidende Rolle bei der Umsetzung von Grundlagen- und klinischer Forschung. https://www.zaum-online.de/
Über Helmholtz Munich
Helmholtz Munich ist ein biomedizinisches Spitzenforschungszentrum. Seine Mission ist, bahnbrechende Lösungen für eine gesündere Gesellschaft in einer sich schnell verändernden Welt zu entwickeln. Interdisziplinäre Forschungsteams fokussieren umweltbedingte Krankheiten, insbesondere die Therapie und die Prävention von Diabetes, Adipositas, Allergien und chronischen Lungenerkrankungen. Mittels künstlicher Intelligenz und Bioengineering transferieren die Forschenden ihre Erkenntnisse schneller zu den Patient:innen. Helmholtz Munich zählt mehr als 2.500 Mitarbeitende und hat seinen Sitz in München/Neuherberg. Es ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, mit mehr als 43.000 Mitarbeitenden und 18 Forschungszentren die größte Wissenschaftsorganisation in Deutschland. Mehr über Helmholtz Munich (Helmholtz Zentrum München Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt GmbH): www.helmholtz-munich.de
Prof. Dr. Carsten Schmidt-Weber
Email: carsten.schmidtweber@helmholtz-munich.de
Jakwerth et al., 2024: 17q21 Variants Disturb Mucosal Host Defense in Childhood Asthma. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. DOI: 10.1164/rccm.202305-0934OC
https://www.atsjournals.org/doi/abs/10.1164/rccm.202305-0934OC
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Biology, Medicine
transregional, national
Research results
German
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