Alzheimer: Was führt zu einer Schädigung der Gehirnzellen?
Wissenschaftler haben einen Mechanismus entdeckt, durch den ein toxisches Gehirnprotein, das ein Kennzeichen der Alzheimer-Krankheit ist, Neuronen oder Gehirnzellen schädigen kann.
Das Team des Grenoble-Instituts für Neurowissenschaften in Frankreich, das die Entdeckung gemacht hat, schlägt auch einen möglichen Weg vor, um den Mechanismus in den frühen Stadien der Krankheit zu entwaffnen.
Die Studie befasst sich mit der Funktion dendritischer Stacheln, bei denen es sich um winzige Strukturen in den verzweigten Teilen von Gehirnzellen handelt, die Signale von anderen Gehirnzellen empfangen.
Es scheint, dass Beta-Amyloid, ein toxisches Protein, das sich im Gehirn von Menschen mit Alzheimer-Krankheit ansammelt, einen Mechanismus auslöst, der die Funktion dendritischer Stacheln stört.
Der Mechanismus deaktiviert ein Protein namens Cofilin 1, und die Aktivität dieses Proteins ist entscheidend für das gesunde Funktionieren der dendritischen Stacheln.
Das Journal of Neuroscience hat kürzlich ein Studienpapier über die Forschung veröffentlicht.
Es beschreibt, wie das Team Gehirngewebeproben von Mausmodellen und Menschen mit Alzheimer-Krankheit verwendete, um zu ihren Ergebnissen zu gelangen.
Ein wichtiger Befund war, dass die Exposition gegenüber Beta-Amyloid-Peptiden, die die Bausteine des toxischen Proteins sind, zu einem Anstieg der inaktiven Form von Cofilin 1 führte.
"Was mehr ist", bemerkt der Co-Autor der Studie, José Martínez-Hernández, Ph.D., der jetzt in der Abteilung für Biochemie und Molekularbiologie an der Universität des Baskenlandes in Spanien arbeitet, "führen die Beta-Amyloid-Peptide dazu." langfristig weniger Stacheln; Wenn sie nicht mehr funktionsfähig sind, gehen sie mit der Zeit allmählich verloren. “
Die Alzheimer-Krankheit zerstört die Gehirnverbindungen
Alzheimer ist eine irreversible Gehirnkrankheit, die sich mit der Zeit verschlimmert. Es ist die häufigste Ursache für Demenz.
Die Krankheit untergräbt die Fähigkeit, sich an einfache Aufgaben zu erinnern, zu denken und diese auszuführen, bis Menschen mit Alzheimer nicht mehr für sich selbst sorgen können. Bei den meisten Menschen treten Mitte der 60er Jahre Symptome auf.
Laut dem National Institute on Aging glauben Experten, dass in den USA mehr als 5,5 Millionen Menschen mit Alzheimer leben.
Verschiedene Formen von Demenz haben unterschiedliche Merkmale. Bei der Alzheimer-Krankheit gehören zu den Unterscheidungsmerkmalen ein toxischer Aufbau von Beta-Amyloid und einem anderen Protein namens Tau sowie der Verlust von Verbindungen zwischen Neuronen.
Neuronen übertragen Informationen im Gehirn und übertragen Signale vom Gehirn an andere Körperteile wie Organe und Muskeln.
Die Milliarden von Neuronen im Gehirn kommunizieren miteinander, indem sie chemische Botschaften über „spezialisierte Strukturen“, sogenannte Synapsen, senden und empfangen. Diese Strukturen kommen und gehen und stärken und schwächen sich je nach Erfahrung.
Das Gehirn speichert Langzeitinformationen, indem es die Chemie und Struktur von Synapsen verändert. Wissenschaftler glauben, dass die dynamische, schwankende Natur von Synapsen das Gedächtnis und Lernen unterstützt.
Synapsen, dendritische Stacheln und Zytoskelette
Wenn Informationen in Form von chemischen Botenstoffen über eine Synapse von einer Gehirnzelle zur anderen wandern, bringen verzweigte Strukturen, sogenannte Dendriten, die Signale in das empfangende Neuron.
Dendritische Stacheln sind winzige Vorsprünge an den Verzweigungsstrukturen, die aktiv Signale von anderen Gehirnzellen empfangen.
Die jüngsten Forschungsergebnisse zeigen, wie in von Alzheimer betroffenem Gehirngewebe toxisches Beta-Amyloid die Synapsen beeinträchtigt, indem es die Aktivität des Cofilin-1-Proteins in dendritischen Stacheln verringert.
Gehirnzellen haben ein Zytoskelett, das nicht nur ihre dreidimensionale Struktur aufrechterhält, sondern auch für den dynamischen Transport von Substanzen innerhalb der Zelle verantwortlich ist.
Zytoskelette haben diese Fähigkeit, weil sie aus hochaktiven Aktinfilamenten bestehen, die, wie Martínez erklärt, „verankert sind, sich aber ständig bewegen, als wären sie eine Rolltreppe“.
Cofilin 1 zerlegt die Filamente in separate Aktineinheiten, "eine Aufgabe, die die Dynamik aktiv hält", fügt er hinzu.
Die Inaktivierung von Cofilin 1 beeinträchtigt die dendritischen Stacheln
Die Phosphorylierung oder die Addition einer Phosphorylgruppe an Cofilin 1 macht das Protein jedoch inaktiv.
Die Forscher beobachteten, wie die Exposition gegenüber Beta-Amyloid-Peptiden in kultivierten Gehirnzellen zu mehr phosphoryliertem Cofilin 1 führte. Dies verringerte die Dynamik der Aktinfilamente und beeinträchtigte wiederum die Fähigkeit dendritischer Stacheln, Signale zu empfangen.
Weitere Untersuchungen ergaben, dass ein Enzym namens Rho-assoziierte Proteinkinase (ROCK) ein Ziel für die Reduzierung der Cofilin-1-Phosphorylierung sein könnte. Das Enzym aktiviert und deaktiviert andere Moleküle durch Phosphorylierung.
Tests mit einem Medikament namens Fasudil, das ROCK blockiert, zeigten, dass es die Effekte, die das Team in den Aktinfilamenten beobachtete, umkehrte.
Laut Martínez stützen die Studienergebnisse die Annahme, dass die gezielte Behandlung von ROCK und Cofilin 1 in den frühen Stadien der Alzheimer-Krankheit möglicherweise den Schaden abwenden könnte, den Beta-Amyloid an dendritischen Stacheln und Synapsen verursacht.
Er schlägt vor, dass weitere Forschungen zu Arzneimitteln, die die Phosphorylierung von Cofilin 1 in Gehirnzellen „spezifisch stoppen“, ein vielversprechender Weg sein könnten, um neue Therapien für die Alzheimer-Krankheit zu finden.
„Wir haben keinen Wirkungsmechanismus entwickelt, aber wir haben bestätigt, dass die Hemmung des Phosphorylierungsweges von Cofilin 1 verhindert, dass die Exposition gegenüber Beta-Amyloidpeptiden die Deaktivierung des Proteins und die daraus resultierende Wirkung auf das Zytoskelett der dendritischen Stacheln verursacht. ”
José Martínez-Hernández, Ph.D.
