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Natürliche Funktionen der APP-Proteinfamilie „Alzheimer-Protein“ hilft auch beim Lernen

Redakteur: Christian Lüttmann

Ablagerungen von Proteinen spielen eine zentrale Rolle bei Alzheimer. Doch eben jene Proteine haben wahrscheinlich auch eine wichtige Funktion für das Lernen und Sozialverhalten im gesunden Gehirn. Dies legt eine aktuelle Studie am Mausmodell nahe, die Molekularbiologen der Universität Heidelberg durchgeführt haben.

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Der Verlust der APP-Familie führt zu einer veränderten Position von Nervenzellen (gelb) im Hippocampus. Nervenzellen, denen die Proteine der APP-Familie fehlen, zeigen weniger synaptische Verbindungen mit anderen Nervenzellen.
Der Verlust der APP-Familie führt zu einer veränderten Position von Nervenzellen (gelb) im Hippocampus. Nervenzellen, denen die Proteine der APP-Familie fehlen, zeigen weniger synaptische Verbindungen mit anderen Nervenzellen.
(Bild: Susanne Klein, Forschungsgruppe Prof. Müller, Universität Heidelberg)

Heidelberg – Alzheimer wird durch Ablagerungen unlöslicher Eiweißbestandteile im Gehirn ausgelöst, die in der Umgebung von Nervenzellen so genannte Plaques bilden. Hauptbestandteil dieser Plaques sind kleine β-Amyloid-Peptide (Aβ), die durch Spaltung aus dem Amyloid-Prekursor-Protein (APP) entstehen. APP ist sozusagen die Quelle, aus der die Alzheimer-Plaques gespeist werden. Die Aβ-Peptide schädigen die Nervenzellen und verursachen letztlich ihren Tod.

Während die nervenzellschädigende Wirkung von Aβ-Peptiden seit vielen Jahren bekannt ist, wusste man bisher nur wenig über die natürlichen, physiologischen Funktionen ihrer Vorstufe APP. In diesem Bereich hat ein internationales Forscherteam unter Leitung der Molekularbiologin Prof. Dr. Ulrike Müller von der Universität Heidelberg hat nun neue Erkenntnisse gewonnen. Weil APP sowie zwei weitere, eng damit verwandte Proteine von fast allen Nervenzellen des Gehirns gebildet werden, vermuteten die Wissenschaftler, dass diesen Molekülen eine wichtige Rolle im Organismus zukommt – insbesondere, weil sie verstärkt in den Hirnregionen vorkommen, die für das Lernen und die Gedächtnisbildung wichtig sind.

Ohne das „Alzheimer-Protein“ lernen Mäuse schlechter

Um zu untersuchen, welchen Einfluss die APP-Familie auf die Entwicklung und Funktion des Nervensystems hat, bediente sich die Gruppe um Studienleiterin Müller eines Tiermodells. Sie untersuchten die Gehirne genetisch veränderter Mäuse, bei denen die Bildung aller Proteine der APP-Familie unterbunden war. Dabei zeigte sich, dass der Verlust von APP während der Entwicklung des Gehirns zu Missbildungen in der schichtartigen Struktur des Hippocampus führt – einer Gehirnregion, die eine zentrale Rolle bei der Gedächtnisbildung einnimmt. „Wir konnten beobachten, dass aufgrund des Fehlens von APP die Verschaltung der Nervenzellen gestört war und sich die Zahl der synaptischen Kontaktstellen verringerte. Der Verlust von APP führte außerdem zu einer sehr stark reduzierten Nervenzellkommunikation, die Leistung der Tiere bei Verhaltenstests zur Untersuchung des Lernvermögens war deutlich beeinträchtigt“, erklärt die Molekularbiologin.

Verhaltensauffälligkeiten bei der Interaktion

Überraschend war für die Forscher nach Angaben von Müller, dass Störungen bei der Entwicklung des Gehirns auch mit Autismus-ähnlichen Veränderungen des Verhaltens einhergingen. Die Mäuse zeigten charakteristische, sich wiederholende Bewegungsmuster und hatten kein Interesse an der Interaktion mit ihren Artgenossen. „Unsere Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass die APP-Familie eine entscheidende Rolle bei der normalen Entwicklung des Nervensystems, der Lernfähigkeit, der Gedächtnisbildung und der sozialen Kommunikation spielt“, erklärt die Wissenschaftlerin. „Potenziell können sie künftig die Grundlage für die Entwicklung neuer Therapeutika zur Behandlung der Alzheimer-Krankheit bilden.“

Originalpublikation: V. Steubler, S. Klein, M. Back, S. Ludewig, D. Fässler, M. Richter, K. Han, L. Slomianka, I. Amrein, J. von Engelhardt, D. P. Wolfer, M. Korte, U. C. Müller: Loss of all three APP family members during development impairs synaptic function and plasticity, disrupts learning and causes an autism-like phenotype. The EMBO Journal (19 May 2021); DOI: 10.15252/embj.2020107471

(ID:47419880)