G-CSF

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 15. März 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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G-CSF ist ein Peptidhormon, welches die Bildung von Granulozyten anregt. Es besitzt somit eine große Bedeutung für die Funktion des Immunsystems. Das Hormon wird auch als Medikament Patienten mit einem stark geschwächten Immunsystem verabreicht, um die Bildung von neutrophilen weißen Blutkörperchen anzuregen.

Was ist G-CSF?

G-CSF ist in das komplexe homöostatische Netzwerk des Organismus eingebunden. Der Granulozyten-Kolonie-stimulierender Faktor ist sowohl Bestandteil des Immunsystems als auch des Hormonsystems.
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G-CSF ist die Abkürzung für die Bezeichnung Granulozyten-Kolonie-stimulierender Faktor. Es ist ein Peptidhormon, welches die Bildung von Granulozyten aus pluripotenten Stammzellen stimuliert. Der Granulozyten-Kolonie-stimulierende Faktor gehört zu den Zytokinen.

Allgemein sind Zytokine Eiweißstoffe, die für die Proliferation von Immunzellen verantwortlich sind und damit die Immunantwort steuern. Es gibt verschiedene Arten von Zytokinen. Das Peptidhormon G-CSF zählt zu den koloniestimulierenden Faktoren. Chemisch stellt das humane G-CSF ein Glykoprotein aus 174 Aminosäuren dar. An der Stelle 133 befindet sich die Aminosäure Threonin, die an ihrer Hydroxylgruppe glykosyliert ist. Der nichtproteinogene Anteil des Moleküls an der glykosylierten Stelle macht ungefähr vier Prozent des Molekülgewichts aus. Er besteht aus den Bestandteilen α-N-Acetyl-Neuraminsäure, N-Acetyl-Galaktosamin sowie β-Galaktose.

Die Glykosilierung besitzt einen stabilisierenden Einfluss auf das Protein. Gleichzeitig spielt sie auch eine wichtige Rolle bei bestimmten Funktionen wie beispielsweise bei der Aktivierung reifer Granulozyten zur Bekämpfung aktueller Infektionsherde. Des Weiteren enthält G-CSF noch zwei Disulfidbrücken, welche die Sekundärstruktur des Proteins bestimmen. Das codierende Gen für G-CSF befindet sich beim Menschen auf Chromosom 17.

Funktion, Wirkung & Aufgaben

Granulozyten sind neutrophile weiße Blutkörperchen, die als sogenannte Fresszellen fungieren. Diese werden wirksam, wenn der Organismus von Bakterien infiziert wird. Bei jeder bakteriellen Infektion kommt es also zur Vermehrung von Fresszellen aus undifferenzierten Vorläuferzellen. Des Weiteren regt G-CSF auch reife Granulozyten an, sich zu Infektionsherden zu bewegen, um dort die Bakterien abzutöten. Bei dieser Funktion wird das Molekül durch seinen durch Glykosilierung gebundenen Rest unterstützt. Am Infektionsherd kann G-CSF so die Bildung von Wasserstoffperoxid in den Granulozyten verstärken, was die Abtötung der Bakterien noch effektiver gestaltet.

Eine dritte Funktion von G-CSF besteht darin, im Knochenmark die Ablösung der hämatopoetischen Vorläuferzellen von ihrer Umgebung zu bewirken. Dadurch gelangen diese Zellen teilweise ins periphere Blut. Mithilfe weiterer Gaben von G-CSF kann dieser Vorgang wiederholt werden, wobei sich im Blut dadurch pluripotente Stammzellen ansammeln. Dieser Vorgang wird auch als Apherese bezeichnet. Die Apherese hat sich für Stammzellenspender oder für Patienten, welche einer intensiven Chemotherapie ausgesetzt sind, als nützlich erwiesen. So kann den Chemotherapiepatienten ihr eigenes mit Stammzellen angereichertes Blut wieder transplantiert werden.

Stammzellenspender wiederum können statt einer Knochenmarksspende auch eine normale Blutspende leisten. G-CSF dient also als Arzneistoff und wird bei chronischer Neutropenie (Verminderung der neutrophilen Granulozyten), bei Chemotherapie oder bei Stammzelltransplantationen angewendet.

Bildung, Vorkommen, Eigenschaften & optimale Werte

G-CSF ist in das komplexe homöostatische Netzwerk des Organismus eingebunden. Der Granulozyten-Kolonie-stimulierender Faktor ist sowohl Bestandteil des Immunsystems als auch des Hormonsystems. Die pluripotenten Stammzellen des Knochenmarks und die reifen neutrophilen Granulozyten besitzen Rezeptoren für G-CSF.

Bei Bedarf binden sich die Proteine von G-CSF an die Rezeptoren und sorgen so für die Entfaltung ihrer Wirkung. Jeder Organismus bildet eigenes G-CSF. Wenn der Bedarf jedoch steigt wie bei starken Infektionen, bei Chemotherapie oder allgemeiner Immunschwäche, muss das Hormon unter Umständen subkutan injiziert werden. Bekannte Arzneistoffe sind Pegfilgrastim und Lipegfilgrastim. Diese werden rekombinant aus bestimmten Säugerzellen wie den CHO-Zellen (Chinese Hamster Ovary) oder aus Escherichia coli hergestellt. Dabei sind die Aminosäuresequenzen bei beiden Herstellungsformen identisch.

Unterschiede kann es bei der Glykosilierung geben. Neuere Produkte sind jedoch an der gleichen Position glykosiliert wie das originale G-CSF. Bestimmte Bearbeitungsformen wie die PEGylierung erhöhen noch die Beständigkeit und Halbwertszeit der Medikamente bei der Anwendung, ohne ihre Wirksamkeit zu verändern. Dafür wird eine chemische Bindung von G-CSF mit Polyethylenglykol hergestellt.

Krankheiten & Störungen

Seltener werden Infiltrate in der Lunge beobachtet, die unter anderem Husten, Atemnot und Fieber verursachen. Das kann sogar bis zum sogenannten Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) führen, das eine intensive Reaktion der Lunge auf äußere schädigende Faktoren anzeigt. Die Milz kann sich so stark vergrößern, dass es zur Milzruptur kommt. Ein weiteres Symptom ist die verstärkte Leukozytose, also die vermehrte Bildung von weißen Blutkörperchen. Bei Vorliegen einer Sichelzellanämie darf keine Anwendung von G-CSF erfolgen, da hier nach einer amerikanischen Studie schwere Nebenwirkungen auftreten können, die teilweise sogar zum Multiorganversagen führen.

Viele Studien belegen aber auch, dass die Beschwerden in der Regel reversibel sind. Nach Absetzen der Therapie mit G-CSF verschwinden auch die Nebenwirkungen. Obwohl während der Behandlung mit G-CSF eine verstärkte Bildung von neutrophilen Leukozyten stattfindet, konnte in Studien bisher kein erhöhtes Risiko für die Ausbildung einer Leukämie festgestellt werden.

Quellen

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