Ionenkanal-Protein PIEZO1 macht Sehnen steifer

Die physiologische Anpassungsfähigkeit von Sehnen ist erstaunlich. Sie verbinden nicht nur zuverlässig unsere Knochen und Muskeln, sondern übertragen auch gezielt Bewegungskräfte, wobei sie trotz geringer Dicke enormen Kräften standhalten. Aber warum können manche Athleten bei ähnlicher Konstitution und Technik z. B. besser springen oder sprinten als andere? Dieser Frage ist jetzt ein schweizerisches Forschungsteam auf zellulärer Ebene nachgegangen. Anhand von mechanisch belasteten Explantaten aus Rattensehnen und isolierten primären Sehnenzellen von Ratten und Menschen nahm das Studienteam das mechanosensitive Ionenkanal-Protein PIEZO1 ins Visier. Es greift Scherspannungen auf, die durch gleitende Kollagenfasern entstehen, und überträgt diese durch vorübergehend verstärkte Kalzium-Einströmung ins Innere der Sehnenzellen (Tenozyten). Anschließend werden Enzyme ausgeschüttet, welche wiederum die Kollagenfasern stärker vernetzen. Im Versuch war bei niedriger PIEZO1-Aktivität im Zellmaterial auch die Sehnensteifigkeit geringer. Erhöhte Aktivitäten des Ionenkanals hingegen führten zu steiferen und festeren Sehnen. Diese sind nun besser als elastische in der Lage, aufgenommene Käfte zu speichern und wie ein Katapult explosionsartig in die gewünschte Richtung wieder abzugeben – was in Sprint- und Sprungsportarten direkte Vorteile bringt. Doch was determiniert den dafür essenziellen Funktionsunterschied?

Eine Genmutation von PIEZO1 macht den Unterschied

Ausgerüstet mit dem Wissen, dass Mutationen des Ionenkanals PIEZO1 für verschiedenste physiologische Veränderungen im menschlichen Körper zuständig sind, untersuchten die Forscher mittels Ca²⁺-Bildgebung die Mechanotransduktion in belastetem Sehnen- und Fluo-4-markiertem Zellmaterial. Anschließend testeten sie die identifizierten molekularen Funktionen mittels Loss-of-function- und Gain-of-function-Experimenten an Mäusen und Menschen. Es zeigte sich, dass Träger der PIEZO1-Genmutation E756del eine um 13,2 Prozent bessere Sprunghöhe erreichen – vermutlich aufgrund höherer Krafterzeugungsraten oder Freisetzung großer Mengen gespeicherter elastischer Energie.

■ Kura L

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