Chitin ist neben Cellulose das am weitesten verbreitete Polysaccharid – also ein Biopolymer, das aus Einfachzuckern, den sogenannten Monosacchariden, zusammengesetzt ist. Chitin kommt beispielsweise in den Außenskeletten von Gliedertieren wie Insekten und Spinnen vor, aber auch in Pilzen und Weichtieren. Der Stoff wäre für viele biologische und medizinische Einsatzfelder interessant, aber das menschliche Immunsystem reagiert darauf und löst eine Abwehrreaktion aus.
An der Universität Siegen wurde 2023 das neue DFG-Schwerpunktprogramm– Chitin, Chitosan und Chito-Oligosaccharide und ihre Wechselwirkung mit Proteinen der extrazellulären Matrix und zellulärer Signalübertragung“ eingerichtet. In ihm soll erforscht werden, wie Chitin chemisch so verändert werden kann, dass es vom Körper akzeptiert wird und wie es künftig in der Medizin eingesetzt werden kann. An dem Schwerpunktprogramm sind verschiedene Arbeitsgruppen beteiligt, neben Siegen die Universitäten Dresden, Düsseldorf, Münster und Tübingen sowie das Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam.
Ein Teilprojekt wird von Prof. Dr. Holger Gohlke und Jun.-Prof. Dr. Jonathan Cramer vom Institut für Pharmazeutische und Medizinische Chemie der HHU geleitet. Hierin geht es um die Erkennung von Chitin im Körper durch spezielle, sogenannte Chitinase-ähnliche Proteine. Außerdem soll die Beeinflussung krankheitsrelevanter Prozesse untersucht werden. Wird das Protein im Körper falsch reguliert, kann es zu verschiedenen Erkrankungen kommen, von Entzündungen über Infektionen bis hin zu Krebs.
Chitin ist aber auch für die Medikamentenentwicklung interessant. Prof. Gohlke: „Der Umstand, dass die Bindung von Chitin an die Proteine nur unvollständig bekannt ist, behindert die Erforschung von Therapeutika, die auf Chitin basieren. Dabei haben Chitin oder kleinere Bausteine daraus, sogenannte Chitooligossacharide, für die Pharmazie sehr interessante Eigenschaften.“
Das HHU-Projekt fokussiert sich auf das Protein YKL-40 (CHI3L1) als repräsentatives Modellsystem. Ihm wird eine pathologische Rolle in verschiedenen entzündlichen und onkologischen Erkrankungen zugesprochen – im Tiermodell trägt es zum Tumorwachstum und zur Metastasenbildung bei Brust- und Lungenkrebs bei. Die Forschenden der HHU wollen das Protein mit Hilfe computergestützter und experimenteller Methoden auf atomarer Ebene untersuchen. Es geht unter anderem darum, wie YKL-40 an Effektoren und Rezeptoren bindet.
Prof. Cramer: „Die zu erwarteten Erkenntnisse werden einen tiefen mechanistischen Einblick in die Chitin-Erkennung durch das menschliche Immunsystem ermöglichen. Sie können zur Entwicklung von Arzneistoffen beitragen, die Chitin-ähnliche Proteine für therapeutische Zwecke adressieren.“