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Mäuse-Experiment bestätigt Hypothese

Gesteigerte Aktivität von Nervenzellen kann Anzeichen für Alzheimer sein

| Autor / Redakteur: Janna Eberhardt* / Marc Platthaus

Amyloide Proteinablagerungen (Plaques, blau) in der Großhirnrinde eines Mausmodells der Alzheimer-Erkrankung, umhüllt von kortikalen Immunzellen (Mikroglia, grün). In rot sind diejenigen Mikrogliazellen markiert, die die Fresseigenschaften hoch reguliert haben (positiv für CD-68).
Amyloide Proteinablagerungen (Plaques, blau) in der Großhirnrinde eines Mausmodells der Alzheimer-Erkrankung, umhüllt von kortikalen Immunzellen (Mikroglia, grün). In rot sind diejenigen Mikrogliazellen markiert, die die Fresseigenschaften hoch reguliert haben (positiv für CD-68). (Bild: O. Garaschuk/PNAS)

Der größte Risikofaktor für eine Alzheimer-Erkrankung beim Menschen ist ein hohes Lebensalter. Ein Teil der Patienten zeigt aber auch eine erbliche Vorbelastung, die mit einem Gendefekt zusammenhängt. Forscher der Universität Tübingen haben nun im Maus-Experiment untersucht, wie dieser Gendefekt zu einer neuronalen Hyperaktivität führt.

Tübingen – Die Alzheimer-Krankheit ist die wichtigste Ursache der Demenz bei älteren Patienten. Die Betroffenen entwickeln Defizite bei Fähigkeiten wie dem Lernen, dem vernunftgesteuerten Denken, der Kommunikation und haben zunehmende Schwierigkeiten, die Herausforderungen des täglichen Lebens zu meistern. Um die Alzheimer-Krankheit besser zu erforschen, setzen Wissenschaftler Mäuse ein, in deren Gehirn sich ähnlich wie bei Alzheimer-Patienten bestimmte Proteine ablagern und die an Gedächtnisverlust leiden. Vor einigen Jahren war es dem Forscherteam um Professorin Olga Garaschuk vom Institut für Physiologie der Universität Tübingen gelungen zu zeigen, dass die Krankheit bei solchen Mäusen mit einer auffällig gesteigerten Aktivität der Nervenzellen im Gehirn einhergeht. Ähnliche Befunde gab es von menschlichen Alzheimer-Patienten.

Mechanismus der neuronalen Hyperaktivität

Nun konnte Garaschuks Forscherteam einen wichtigen Mechanismus dieser neuronalen Hyperaktivität bei Mäusen klären: An den Kontaktstellen zwischen den Nervenzellen kommt es zu einer Fehlfunktion der an der Signalweiterleitung beteiligten Kalziumspeicher. In der Folge werden zu viele Signalstoffe in die Großhirnrinde freigesetzt. Die jetzt veröffentlichte Studie zeigt, wie sich aus den neuen Erkenntnissen Therapieansätze vor allem für die genetisch bedingte familiäre Alzheimer-Krankheit ergeben.

Die Kommunikation zwischen den Nervenzellen im Gehirn läuft großteils über elektrische Signale. Doch an der Synapse, dem Übergang von einer Nervenzelle auf die folgende, wird am Spalt auf chemische Signale umgeschaltet. Kalzium spielt dabei eine wichtige Rolle, es wirkt mit bei der Freisetzung von Botenstoffen, den Neurotransmittern. Die docken an die nachgeschaltete Nervenzelle an, in der wieder ein elektrischer Impuls ausgelöst und weitergeleitet wird. In der neuen Studie stellte Garaschuk fest, dass bei Mäusen mit krankhaft gesteigerter Aktivität der Nervenzellen im Gehirn die Kalziumspeicher in der Zelle vor dem synaptischen Spalt fehlreguliert sind. „Dadurch wird eine größere Menge an Neurotransmittern in der Großhirnrinde freigesetzt, was zur Hyperaktivität der Nervenzellen führt“, sagt die Wissenschaftlerin.

Alzheimer beim Menschen: Mutation im Presenilin-Gen

Alzheimer tritt beim Menschen meistens sporadisch auf, größter Risikofaktor ist ein steigendes Lebensalter. Bei einem Teil der Erkrankten liegt jedoch auch eine erbliche Veranlagung für die Krankheit vor. Bei der familiären Alzheimer-Krankheit tragen 90 Prozent der Betroffenen eine Mutation im so genannten Presenilin-Gen. „Interessanterweise reicht bei der Maus eine einzige Kopie eines solchen mutierten Gens aus, um die durch die Kalziumspeicher vermittelte neuronale Hyperaktivität hervorzurufen“, berichtet Garaschuk. Wirkstoffe, welche die Kalziumspeicher in der Zelle entleeren oder, wie ein zugelassenes Medikament es tut, die Freisetzung von Kalzium aus dem Speicher blockieren, unterdrücken die krankhafte Hyperaktivität. „Dadurch normalisiert sich die Funktion der Großhirnrinde“, sagt die Wissenschaftlerin. Diese Ergebnisse könnten in die Etablierung neuer Therapieansätze bei Alzheimer-Medikamenten einfließen.

Originalpublikation: Chommanad Lerdkrai, Nithi Asavapanumas, Bianca Brawek, Yury Kovalchuk, Nima Mojtahedi, Maria Olmedillas del Moral, and Olga Garaschuk: Intracellular Ca2+ stores control in vivo neuronal hyperactivity in a mouse model of Alzheimer’s disease. PNAS, DOI 10.1073/pnas.1714409115

* J. Eberhardt, Universität Tübingen, 72074 Tübingen

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