So wirkt Selen im Körper – Auswirkungen auf Krebs, Diabetes und Herzkrankheiten

Lebenswichtige Prozesse bei der Aufnahme von Selen entschlüsselt

Zum ersten Mal entschlüsselte ein internationales Forschungsteam, welche lebenswichtigen Prozesse in Verbindung mit der Aufnahme des essentiellen Spurenelements Selen verknüpft sind. Die Erkenntnisse könnten sich auf die Behandlung von vielen unterschiedlichen Erkrankungen wie Krebs, Diabetes und Herzkrankheiten auswirken.

Eine deutsch-amerikanische Arbeitsgruppe konnte erstmals aufzeigen, dass das Spurenelement Selen in 25 spezialisierte Proteine eingebaut wird. Diese Proteine sind an einer Vielzahl von zellulären und metabolischen Prozessen beteiligt und somit entscheidend für die gesamte Gesundheit. Die entsprechenden Studienergebnisse wurden in den renommierten Fachjournal „Science“ präsentiert.

Selen ist ein lebenswichtiges Spurenelement

Selen ist ein lebensnotwendiges Spurenelement, das in Boden, Wasser und einigen Nahrungsmitteln vorkommt. Es ist unter anderem in Lebensmitteln wie Fleisch, Fisch, Eier, Pilze, Kohl, Zwiebelgemüse, Linsen, Spargel und Nüsse vorhanden.

Bislang ausführlichste Aufklärung

Im Rahmen der aktuellen Studie konnten die Forschenden nun bislang am ausführlichsten aufklären, wie Selen an die Stellen im Körper gelangt, an denen das Spurenelement benötigt wird. Insgesamt 25 Proteine sind demnach an dem Transport von Selen beteiligt.

Laut der Studie wird Selen dazu zunächst von der essentiellen Aminosäure Selenocystein eingekapselt. Die Aminosäure wird dann in 25 unterschiedliche Proteine eingebaut, die als Selenproteine bezeichnet werden.

Noch nie zuvor gesehene Strukturen aufgedeckt

„Diese Arbeit hat Strukturen aufgedeckt, die noch nie zuvor gesehen wurden und von denen einige in der gesamten Biologie einzigartig sind“, betont Studienautor Professor Paul Copeland von der Rutgers Robert Wood Johnson Medical School.

Mithilfe modernster Bildgebungstechnik – der sogenannten Kryo-Elektronenmikroskopie, bei der Elektronenstrahlen anstelle von Licht verwendet werden – konnte das Team dreidimensionale Bilder komplexer biologischer Formationen mit nahezu atomarer Auflösung erzeugen.

Auf diese Weise konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die komplizierten Strukturen von Proteinen und anderen Biomolekülen darstellen. Durch die Aneinanderreihung tausender Bilder entstand eine Stop-Motion-Animation, die zeigt, wie sich diese Strukturen bewegen und verändern.

Wie Selen an die benötigten Stellen im Körper gelangt

So konnte erstmals dokumentiert werden, wie der Einbau von Selen in Proteine abläuft und welche komplexe zelluläre Maschinerie dafür aufgefahren wird. Bekannt war bereits, welche Proteine und RNA-Moleküle diese Prozesse ermöglichen.

Jedoch war bislang unklar, wie die beteiligten Bestandteile ineinandergreifen. Die Studie zeigt nun zum ersten Mal einen ablaufenden Prozess, der sonst mit keinem anderen bekannten Ablauf im menschlichen Körper vergleichbar ist.

Dabei wird die Aminosäure Selenocystein (SEC) an ein einzigartiges RNA-Molekül angehängt, das über einen spezialisierten Proteinfaktor zum Ribosom transportiert werden muss, erklärt Professor Copeland, dessen Team 20 Jahre daran gearbeitet hat, diesen Prozess zu verstehen.

„Und all dies hat sich beim Menschen speziell dafür entwickelt, dass Selen in diese Handvoll Proteine eingebaut werden kann“, hebt der Professor hervor.

Was Selenproteine im Körper bewirken

Sobald SEC in die Selenoproteine eingebaut ist, erfüllen die Proteine laut der Arbeitsgruppe eine Vielzahl von lebenswichtigen Funktionen, die für Wachstum und Entwicklung notwendig sind. Zum Beispiel

• produzieren sie Bausteine der DNA, die sogenannten Nukleotide,
• bauen Fett zur Energiegewinnung ab oder speichern es,
• bauen Zellmembranen auf,
• produzieren das Schilddrüsen-Hormon, welches den Stoffwechsel des menschlichen Körpers steuert,
• reagieren die Selenproteine auf oxidativen Stress, indem sie Nebenprodukte in den Zellen entgiften.

Erkenntnisse für zahlreiche Krankheiten relevant

Ist die Produktion von Selenproteinen gestört, können ernsthafte Beschwerden und Krankheiten entstehen, unterstreichen die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Zu den Krankheiten, die mit einer gestörten Produktion von Selenproteinen verbunden sind, gehören beispielsweise

• Krebs,
• Herzkrankheiten,
• männliche Unfruchtbarkeit,
• Diabetes,
• Schilddrüsenunterfunktion.

„Das Verständnis des Mechanismus, durch den SEC aufgenommen wird, ist ein grundlegender Bestandteil der Entwicklung neuer Therapien für eine Vielzahl von Krankheiten“, resümiert Copeland.

An der Studie waren zahlreiche Institutionen aus Deutschland und den USA beteiligt, darunter die Rutgers University in New Jersey, das Institut für Medizinische Physik und Biophysik in Berlin, das Max-Planck-Institut für Molekulare Genetik in Berlin sowie die University of Illinois in Chicago. (vb)