Uni­ver­si­tät Bay­reuth: Neue Erkennt­nis­se zur Alz­hei­mer-Erkran­kung

Den Ursa­chen der Alz­hei­mer-Erkran­kung auf der Spur: Neue Ein­sich­ten in zell­bio­lo­gi­sche Pro­zes­se

Die zell­bio­lo­gi­schen Pro­zes­se, die neu­ro­de­ge­ne­ra­ti­ve Erkran­kun­gen ver­ur­sa­chen oder ver­stär­ken, sind bis heu­te nur unzu­rei­chend erforscht. Ein inter­na­tio­na­les Team um Dr. Ralf Braun von der Uni­ver­si­tät Bay­reuth und Prof. Dr. Frank Madeo von der Uni­ver­si­tät Graz hat jetzt mole­ku­la­re Zusam­men­hän­ge ent­deckt, die dazu bei­tra­gen kön­nen, ins­be­son­de­re die Ent­ste­hung und den Ver­lauf der Alz­hei­mer-Krank­heit bes­ser zu ver­ste­hen. In der aktu­el­len Aus­ga­be der Zeit­schrift „Cell Reports“ stel­len die Wis­sen­schaft­ler aus Bay­reuth und Graz zusam­men mit Part­nern aus Maas­tricht, Frei­burg und Paris ihre For­schungs­er­geb­nis­se vor. Die neu­en Erkennt­nis­se, die sie in enger Koope­ra­ti­on gewon­nen haben, wer­den mög­li­cher­wei­se dabei hel­fen kön­nen, medi­zi­ni­sche Wirk­stof­fe gegen die Alz­hei­mer-Krank­heit zu ent­wickeln.

Gestör­ter Pro­tein­ab­bau för­dert die Ver­gif­tung von Ner­ven­zel­len

Schon seit län­ge­rer Zeit ist bekannt, dass sich in den Ner­ven­zel­len von Alz­hei­mer-Pati­en­ten grö­ße­re Men­gen mutier­ter Ubi­qui­tin-Mole­kü­le ansam­meln. Die­se hohe Kon­zen­tra­ti­on stört den Abbau von Zell­pro­te­inen und schä­digt die Mito­chon­dri­en, die als ‚Kraft­wer­ke der Zel­le‘ lebens­wich­ti­ge Stoff­wech­sel-Funk­tio­nen erfül­len. Infol­ge­des­sen schrei­tet die Dege­ne­ra­ti­on der Ner­ven­zel­len wei­ter vor­an.

Die Autoren der neu­en Stu­die haben nun genau­er ana­ly­sie­ren kön­nen, auf wel­che Wei­se mutier­tes Ubi­qui­tin den Fort­schritt der Krank­heit beför­dern könn­te. Der gestör­te Pro­tein­ab­bau hat näm­lich zur Fol­ge, dass in und an den Mito­chon­dri­en der Zel­len ver­mehrt basi­sche Ami­no­säu­ren – näm­lich Argi­nin, Lysin und Orni­t­hin – gebil­det wer­den. Der Anstieg die­ser Ami­no­säu­ren erzeugt in den Zel­len oxi­da­ti­ven Stress. Dies führt zu einer Schä­di­gung der Mito­chon­dri­en. Infol­ge­des­sen set­zen die Mito­chon­dri­en das Pro­te­in Cyto­chrom c sowie wei­te­re Fak­to­ren frei, die den Tod der Zel­le aus­lö­sen kön­nen.

Ein Pro­te­in schützt die Mito­chon­dri­en, die ‚Kraft­wer­ke der Zel­len‘

Die For­schungs­grup­pe hat aber zugleich einen Mecha­nis­mus ent­deckt, der die Zel­len vor den Fol­gen des mutier­ten Ubi­qui­tins schützt. Zwar wird die Stö­rung des Pro­tein­ab­baus durch die­sen Mecha­nis­mus nicht besei­tigt. Aber ein spe­zi­el­les Pro­te­in namens „Vms1“ ist in der Lage, den Anstieg basi­scher Ami­no­säu­ren an den Mito­chon­dri­en zu unter­drücken. Auf die­se Wei­se sorgt es dafür, dass sich die Ansamm­lung mutier­ten Ubi­qui­tins nicht zer­stö­re­risch auf die Zel­len aus­wirkt.

„Inter­es­san­ter­wei­se ist Vms1 ein Bestand­teil des Pro­zes­ses, der in der Zel­le für einen zügi­gen Pro­tein­ab­bau sorgt und dar­an von mutier­tem Ubi­qui­tin gehin­dert wird“, erklärt Dr. Ralf Braun. „Durch Akti­vie­rung von Vms1 wird ein spe­zi­el­ler Pro­tein­ab­bau­weg ver­stärkt, der die Zel­len schützt, aber kei­nen Ein­fluss auf die Men­ge an mutier­tem Ubi­qui­tin hat. Um die zell­bio­lo­gi­schen Pro­zes­se, die an der Alz­hei­mer-Erkran­kung ursäch­lich betei­ligt sind, wei­ter auf­klä­ren zu kön­nen, müs­sen wir jetzt her­aus­fin­den, wie genau es dem Pro­te­in Vms1 gelingt, die Zel­len vor erhöh­ten Men­gen an basi­schen Ami­no­säu­ren zu schüt­zen.“ Der Bay­reu­ther Zell­for­scher ist Habi­li­tand am Insti­tut für Zell­bio­lo­gie der Uni­ver­si­tät Bay­reuth. Er hat für die jetzt in „Cell Reports“ vor­ge­stell­ten Unter­su­chun­gen eine För­de­rung der Deut­schen For­schungs­ge­mein­schaft (DFG) erhal­ten.

Die Wis­sen­schaft­ler haben ihre neu­en Erkennt­nis­se über­wie­gend mit­hil­fe von Bäcker­he­fe gewon­nen, die häu­fig als Modell­orga­nis­mus für zell­bio­lo­gi­sche For­schun­gen zum Ein­satz kommt. „Wir sind der­zeit zuver­sicht­lich, dass sich unse­re Ergeb­nis­se in wei­te­ren Modell­sy­ste­men für die Alz­hei­mer-Krank­heit bestä­ti­gen wer­den“, meint Dr. Braun. „In die­sem Fall wird es eines Tages viel­leicht mög­lich sein, die schüt­zen­de Funk­ti­on von Vms1 für die Ent­wick­lung medi­zi­ni­scher Wirk­stof­fe zu nut­zen – mit dem Ziel, den Ver­lauf der Alz­hei­mer-Erkran­kung zu ver­lang­sa­men.“

Ver­öf­fent­li­chung:

Braun et al., Accu­mu­la­ti­on of Basic Ami­no Acids at Mito­chon­dria Dic­ta­tes the Cyto­to­xi­ci­ty of Aberrant Ubi­qui­tin, in: Cell Reports (2015), Vol. 10(9), pp. 1557–1571,
DOI 10.1016/j.celrep.2015.02.009

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