Ein neuer Ansatz kann Gehirnzellen bei neurodegenerativen Erkrankungen retten
Neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer und Huntington teilen einen Mechanismus der Schädigung von Gehirnzellen, der laut neuen Forschungen an menschlichen Zellen und Mäusen ein neues Behandlungsziel darstellen könnte.
Ein kürzlich Naturneurowissenschaften Die Studie beschreibt, wie Forscher den Mechanismus aufgedeckt haben und wie er zum Tod von Neuronen oder Nervenzellen führt.
"Wir haben einen potenziellen neuen Weg gefunden, um den Tod von Nervenzellen bei einer Reihe von Krankheiten zu reduzieren, die durch solche Verluste gekennzeichnet sind", sagt die leitende Studienautorin Daria Mochly-Rosen, Ph.D., Professorin für Chemie und Systembiologie an der Stanford University School der Medizin in Kalifornien.
Der Mechanismus umfasst Mikroglia und Astrozyten, zwei Zelltypen, die normalerweise zum Schutz von Neuronen oder Nervenzellen beitragen.
Mikroglia und Astrozyten sind Gliazellen, ein Zelltyp, den Wissenschaftler einst als „Klebstoff des Nervensystems“ betrachteten.
Dies ist jedoch nicht mehr der Fall, da Forscher zunehmend entdecken, dass Gliazellen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und Funktion des Gehirns spielen.
Unter den vielen Aufgaben, die Astrozyten erfüllen, ist es, die Anzahl und den Ort der Verbindungen zu bestimmen, die Neuronen miteinander herstellen. Diese Gliazellen setzen auch verschiedene Chemikalien frei, wie Wachstumsfaktoren und Substanzen, die für den Stoffwechsel essentiell sind.
In der Zwischenzeit halten Mikroglia Ausschau nach Anzeichen von Gewebeverletzungen und beseitigen mögliche Erreger, einschließlich Krankheitserreger und Fragmente oder Ablagerungen von Neuronen.
Gliazellen und neurodegenerative Erkrankungen
Der Aufbau toxischer Proteine in Gehirnzellen ist heute ein bekanntes Kennzeichen für neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer, Huntington und Amyotrophe Lateralsklerose (ALS).
Der toxische Proteinaufbau verhindert, dass Nervenzellen richtig funktionieren, und löst schließlich ihren Tod aus.
In ihrer Studienarbeit beschreiben die Autoren auch ein anderes, weniger bekanntes Merkmal neurodegenerativer Erkrankungen. Dieses Merkmal ist die Aktivierung von Gliazellen "in einen Zustand, der eine erhöhte Sekretion von proinflammatorischen Faktoren auslöst".
Diese Aktivierung von Gliazellen führt wiederum zu einer Reihe von Prozessen, die auch Neuronen schädigen. Wissenschaftler bezeichnen diese Sammlung von Mechanismen als "Neuroinflammation".
Forscher haben angenommen, dass der Auslöser für eine Neuroinflammation durch Gliazellen das Vorhandensein von Ablagerungen von Neuronen war.
Tierstudien haben zum Beispiel gezeigt, dass Mikroglia nach einer Hirnverletzung Astrozyten in einen Zustand namens A1 aktivieren und Neuronen weiteren Schaden und Tod zufügen können.
Der Auslöser für diesen Mechanismus war jedoch unklar, ebenso wie, ob es Verbindungen gibt, die verhindern können, dass Astrozyten in den hyperaktiven A1-Zustand gelangen. Dies sind die Fragen, mit denen sich die neue Studie befassen wollte.
Mitochondrien und ihr unerwartetes Verhalten
Bei der Untersuchung von Mikroglia zeigten die Forscher, dass sich der schädliche Teufelskreis der Entzündung auch entwickeln kann, wenn keine Neuronenstücke entfernt werden müssen. Also machten sie sich auf die Suche nach einem Auslöser. Sie fanden es in einer merkwürdigen Form des mitochondrialen Verhaltens.
Mitochondrien sind winzige Kraftwerke in Zellen, die Energie für die Zellen produzieren, um Proteine herzustellen und ihre verschiedenen Funktionen zu erfüllen. Eine typische Zelle kann Tausende von Mitochondrien enthalten.
Zu ihrer Überraschung stellte das Team fest, dass diese winzigen Zellkomponenten in der Lage zu sein scheinen, Todessignale zwischen Zellen zu senden.
Mitochondrien befinden sich in einem kontinuierlichen dynamischen Zustand, in dem sich Größe, Form und Position innerhalb der Zellen ändern. Sie fragmentieren und setzen sich in einem Prozess konstanter Spaltung und Fusion wieder zusammen, und das Gleichgewicht zwischen diesen beiden Prozessen kann bestimmen, wie gut Mitochondrien in Zellen funktionieren.
Zu viel Fusion führt dazu, dass Mitochondrien ihre Wendigkeit verlieren. zu viel Spaltung, und sie werden zu fragmentiert, um zu funktionieren.
Es scheint, dass die toxischen Proteine hinter neurodegenerativen Erkrankungen die Hyperaktivität von Drp1 anregen können, einem Enzym, das für die Aufrechterhaltung des Spalt-Fusions-Gleichgewichts in Mitochondrien erforderlich ist.
In früheren Studien fanden Mochly-Rosen und ihr Team heraus, dass die Behandlung mit dem Peptid oder kleinen Protein P110 die Mitochondrienspaltung und die daraus resultierende Zellschädigung, die durch hyperaktives Drp1 induziert wird, verringern kann.
Reduzierte Entzündung und Neuronentod
In der neuen Studie stellten die Forscher fest, dass die Behandlung von Mäusen über mehrere Monate mit P110 die Aktivität von Mikroglia und Astrozyten sowie Entzündungen im Gehirn der Tiere verringerte.
In weiteren Experimenten mit kultivierten Zellen stellte das Team fest, dass sowohl Mikroglia als auch Astrozyten beschädigte Mitochondrien in ihre Umgebung ausstoßen können und dass diese Neuronen schädigen und abtöten können. Diese Experimente zeigten auch, dass P110 dies blockieren kann.
Jüngste Studien haben gezeigt, dass gesunde Zellen auch Mitochondrien ausstoßen können und dass dies keinen Schaden verursacht. Die entzündeten Mikroglia und Astrozyten stießen jedoch beschädigte Mitochondrien aus, die für nahegelegene Neuronen tödlich waren.
Das Team fand heraus, dass P110 die Fragmentierung von Mitochondrien in Mikroglia und Astrozyten ausreichend blockieren konnte, um den Tod von Neuronen signifikant zu reduzieren.
Die Forscher setzen nun ihre Untersuchungen fort, um herauszufinden, wie beschädigte Mitochondrien, die aus Gliazellen ausgestoßen werden, den Tod von Neuronen auslösen.
