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Ursache für das Fortschreiten der Alzheimer-Krankheit im Gehirn identifiziert – Neurowissenschaftliche Nachrichten
FeaturedNeurologyNeuroscience-October 29, 2021
Zusammenfassung: Neue Erkenntnisse widersprechen der bisherigen Annahme, dass die Alzheimer-Krankheit von einem einzigen Punkt im Gehirn ausgeht und eine Kettenreaktion auslöst, die zum Zelltod führt. Stattdessen, so eine neue Studie, erreicht die Alzheimer-Krankheit schon früh verschiedene Hirnregionen. Die Geschwindigkeit, mit der die Krankheit in diesen Regionen Gehirnzellen abtötet, wirkt sich direkt auf das Fortschreiten der Alzheimer-Krankheit aus.
Quelle: Universität von Cambridge
Zum ersten Mal haben Forscher anhand von Humandaten die Geschwindigkeit der verschiedenen Prozesse, die zu Alzheimer führen, quantifiziert und festgestellt, dass sich die Krankheit ganz anders entwickelt als bisher angenommen. Ihre Ergebnisse könnten wichtige Auswirkungen auf die Entwicklung möglicher Behandlungen haben.
Das internationale Team unter der Leitung der Universität Cambridge fand heraus, dass die Alzheimer-Krankheit nicht von einem einzigen Punkt im Gehirn ausgeht und eine Kettenreaktion in Gang setzt, die zum Absterben von Gehirnzellen führt, sondern verschiedene Regionen des Gehirns frühzeitig erreicht. Wie schnell die Krankheit Zellen in diesen Regionen durch die Produktion toxischer Proteincluster abtötet, begrenzt, wie schnell die Krankheit insgesamt fortschreitet.
Die Forscher verwendeten postmortale Gehirnproben von Alzheimer-Patienten sowie PET-Scans von lebenden Patienten, die von leichten kognitiven Beeinträchtigungen bis hin zu Alzheimer im Vollbild reichten, um die Verklumpung von Tau, einem der beiden Schlüsselproteine, die an der Krankheit beteiligt sind, zu verfolgen.
Bei der Alzheimer-Krankheit lagern sich Tau und ein anderes Protein namens Amyloid-beta zu Knäueln und Plaques zusammen, die als Aggregate bezeichnet werden und zum Absterben von Gehirnzellen und zum Schrumpfen des Gehirns führen. Dies führt zu Gedächtnisverlust, Persönlichkeitsveränderungen und Schwierigkeiten bei der Verrichtung alltäglicher Aufgaben.
Durch die Kombination von fünf verschiedenen Datensätzen und deren Anwendung auf dasselbe mathematische Modell stellten die Forscher fest, dass der Mechanismus, der das Fortschreiten der Alzheimer-Krankheit steuert, die Replikation von Aggregaten in einzelnen Hirnregionen ist und nicht die Ausbreitung von Aggregaten von einer Region zur anderen.
Die Ergebnisse, die in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht wurden, eröffnen neue Wege zum Verständnis des Fortschreitens der Alzheimer-Krankheit und anderer neurodegenerativer Erkrankungen sowie neue Möglichkeiten für die Entwicklung künftiger Behandlungen.
Seit vielen Jahren werden die Prozesse im Gehirn, die zur Alzheimer-Krankheit führen, mit Begriffen wie „Kaskade“ und „Kettenreaktion“ beschrieben. Es handelt sich um eine schwer zu untersuchende Krankheit, da sie sich über Jahrzehnte entwickelt und eine endgültige Diagnose erst nach der Untersuchung von Hirngewebeproben nach dem Tod gestellt werden kann.
Jahrelang haben sich die Forscher bei der Untersuchung der Krankheit weitgehend auf Tiermodelle gestützt. Ergebnisse von Mäusen deuteten darauf hin, dass sich die Alzheimer-Krankheit schnell ausbreitet, da die giftigen Proteincluster verschiedene Teile des Gehirns besiedeln.
„Bisher dachte man, dass sich Alzheimer ähnlich wie viele Krebsarten entwickelt: Die Aggregate bilden sich in einer Region und breiten sich dann im Gehirn aus“, so Dr. Georg Meisl vom Yusuf Hamied Department of Chemistry in Cambridge, Erstautor der Studie.
„Stattdessen haben wir herausgefunden, dass zu Beginn der Alzheimer-Krankheit bereits Aggregate in mehreren Regionen des Gehirns vorhanden sind, so dass der Versuch, die Ausbreitung zwischen den Regionen zu stoppen, wenig zur Verlangsamung der Krankheit beitragen wird.
Es ist das erste Mal, dass anhand von Humandaten verfolgt wurde, welche Prozesse die Entwicklung der Alzheimer-Krankheit im Laufe der Zeit steuern. Ermöglicht wurde dies unter anderem durch den in Cambridge in den letzten zehn Jahren entwickelten Ansatz der chemischen Kinetik, mit dem die Prozesse der Aggregation und Ausbreitung im Gehirn modelliert werden können, sowie durch Fortschritte beim PET-Scannen und Verbesserungen bei der Empfindlichkeit anderer Gehirnmessungen.
Dies zeigt ein Gehirn
Bei der Alzheimer-Krankheit lagern sich Tau und ein anderes Protein namens Amyloid-beta zu Knäueln und Plaques zusammen, die als Aggregate bezeichnet werden und zum Absterben von Gehirnzellen und zum Schrumpfen des Gehirns führen. Das Bild ist gemeinfrei
„Diese Forschungsarbeit zeigt, wie wertvoll es ist, mit menschlichen Daten anstelle von unvollkommenen Tiermodellen zu arbeiten“, sagte Professor Tuomas Knowles, ebenfalls vom Fachbereich Chemie, als Mitautor der Studie. „Es ist aufregend, die Fortschritte auf diesem Gebiet zu sehen – vor fünfzehn Jahren wurden die grundlegenden molekularen Mechanismen für einfache Systeme im Reagenzglas von uns und anderen bestimmt; aber jetzt können wir diesen Prozess auf molekularer Ebene bei echten Patienten untersuchen, was ein wichtiger Schritt ist, um eines Tages Behandlungen zu entwickeln.“
Die Forscher fanden heraus, dass die Replikation von Tau-Aggregaten erstaunlich langsam ist – sie kann bis zu fünf Jahre dauern.
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„Neuronen sind erstaunlich gut darin, die Bildung von Aggregaten zu verhindern, aber wir müssen Wege finden, sie noch besser zu machen, wenn wir eine wirksame Behandlung entwickeln wollen“, sagte Professor Sir David Klenerman vom UK Dementia Research Institute an der Universität Cambridge, einer der Hauptautoren. „Es ist faszinierend, wie sich die Biologie entwickelt hat, um die Verklumpung von Proteinen zu verhindern“.
Den Forschern zufolge könnte ihre Methode zur Entwicklung von Behandlungen für die Alzheimer-Krankheit beitragen, von der schätzungsweise 44 Millionen Menschen weltweit betroffen sind, indem sie auf die wichtigsten Prozesse abzielt, die bei der Entwicklung der Krankheit beim Menschen auftreten. Darüber hinaus könnte die Methodik auch auf andere neurodegenerative Krankheiten wie die Parkinson-Krankheit angewandt werden.
„Die wichtigste Entdeckung ist, dass es in den von uns untersuchten Krankheitsstadien effektiver ist, die Replikation von Aggregaten zu stoppen als ihre Vermehrung“, so Knowles.
Die Forscher planen nun, die früheren Prozesse in der Entwicklung der Krankheit zu untersuchen und die Studien auf andere Krankheiten wie die frontotemporale Demenz, traumatische Hirnverletzungen und progressive supranukleare Lähmung auszudehnen, bei denen ebenfalls Tau-Aggregate gebildet werden.
Die Studie ist eine Zusammenarbeit zwischen Forschern des UK Dementia Research Institute an der University of Cambridge, der University of Cambridge und der Harvard Medical School.
Über diese Forschungsnachricht zur Alzheimer-Krankheit
Autor: Pressestelle
Quelle: Universität von Cambridge
Kontakt: Pressestelle – Universität Cambridge
Bild: Das Bild ist öffentlich zugänglich
Original-Forschung: Die Ergebnisse werden in Science Advances erscheinen