CO₂ im Blut öffnet verborgene Zellkanäle
Bei jedem Ausatmen verschieben sich die CO₂-Werte im Blut kurzzeitig. Doch CO₂ transportiert nicht nur Abgase ab: Es öffnet winzige Kanäle in Zellmembranen, die normalerweise geschlossen bleiben. Das beeinflusst, wie Zellen miteinander kommunizieren – und möglicherweise auch, wie sie altern.
Connexine sind Proteine, die kleine Durchgänge in Zellmembranen bilden. Diese Durchgänge, sogenannte Hemikanäle, ermöglichen es Molekülen, in eine Zelle hinein- oder aus ihr herauszugelangen. Unter normalen Bedingungen bleiben sie geschlossen. Forschende entdeckten nun, dass das Connexin Connexin-43 (Cx43) im gesamten körpereigenen CO₂-Bereich – von 20 bis 70 Millimeter Quecksilberdruck – stark auf CO₂ reagiert.
Ein spezifisches Strukturmotiv im Protein
Wie erkennt Cx43 CO₂? Das Protein enthält ein bestimmtes Segment, das sogenannte Carbamylierungsmotiv, das CO₂-Moleküle direkt binden kann. Dadurch verändert sich die Form des Proteins gerade so weit, dass der Kanal sich öffnet. Die in eLife veröffentlichte Studie belegt dies mit mehreren Methoden: Farbstoffbeladungsversuchen in Zellen, Messungen elektrischer Ströme über Membranen hinweg sowie Echtzeitmessungen der ATP-Freisetzung – wobei ATP ein Botenstoff ist, den Zellen nach außen abgeben, wenn sie aktiviert werden.
Gezielte Mutationen im Carbamylierungsmotiv schalteten die CO₂-Empfindlichkeit vollständig aus. Das bestätigt, dass dieses spezifische Proteinsegment der entscheidende Schlüssel ist.
Bedeutung für Alterung und Zellkommunikation
Cx43 gehört zu den am weitesten verbreiteten Connexinen im menschlichen Körper und ist im Herz, im Gehirn, in der Haut und im Knochen aktiv. Mit zunehmendem Alter verändert sich die Connexin-Aktivität, was die Kommunikation zwischen Zellen stört. Wenn CO₂-Schwankungen diese Kanäle aktivieren, verfügen alle Gewebe mit wechselndem CO₂-Gehalt über einen Mechanismus zur Steuerung der Zellkommunikation, der bislang übersehen wurde.
Dieser Befund ist grundlegender Natur, klinische Anwendungen sind noch weit entfernt. Doch er wirft eine neue Frage auf: Welche Rolle spielen CO₂-empfindliche Kanäle bei der Gewebealterung?