Calcium-Ungleichgewicht in den Gehirnzellen kann Alzheimer-Krankheit auslösen

Neue Forschung untersucht die Rolle der Kalziumproduktion bei Alzheimer-Krankheit. Der neurodegenerative Prozess kann durch ein Calcium-Ungleichgewicht in der Gehirnzelle verursacht werden.
Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass eine Störung der Kalziumverarbeitung in den Mitochondrien der Neuronen die Alzheimer-Krankheit vorantreiben könnte.

Mitochondrien - manchmal auch als "Kraftpaket der Zelle" bezeichnet - sind kleine Strukturen, die Energie aus Nahrung in Zell- "Brennstoff" umwandeln.

In den Mitochondrien einer Gehirnzelle steuern Kalziumionen, wie viel Energie für das Funktionieren des Gehirns produziert wird. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass eine übermäßige Produktion von Kalzium zum Absterben von Neuronen führen kann, wodurch ein Calcium-Ungleichgewicht mit dem neurodegenerativen Prozess, der an der Alzheimer-Krankheit beteiligt ist, in Verbindung gebracht wird.

Bis jetzt war der genaue Mechanismus unbekannt, der die Alzheimer-bedingte Neurodegeneration und das mitochondriale Calcium-Ungleichgewicht verbindet. Die neue Forschung - angeführt von Pooja Jadiya, einem Postdoktoranden an der Temple University in Philadelphia, PA - beleuchtet diese Assoziation.

Die Studie wurde von Forschern des Zentrums für Translationsmedizin an der Temple University durchgeführt und die Ergebnisse wurden auf dem 61. Treffen der Biophysical Society in New Orleans, LA, vorgestellt.

Analyse von Kalzium im menschlichen Gehirn, Mausmodellen und Zellkulturen

Jadiya und Kollegen untersuchten Hirnproben von Alzheimer-Patienten, ein genetisch modifiziertes Mausmodell zur Replikation von Alzheimer-ähnlichen Symptomen und eine mutierte Alzheimer-betroffene Zelllinie.

Sie untersuchten die mitochondrialen Veränderungen in der Calciumverarbeitung, zusammen mit der Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), dem Metabolismus des aktiven Amyloidvorläuferproteins, dem Membranpotential und dem Zelltod. Sie untersuchten auch die Aktivierung der Übergangsporen der mitochondrialen Permeabilität und die oxidative Phosphorylierung.

In einem gesunden Gehirn verlassen Calciumionen die Mitochondrien eines Neurons, um einen übermäßigen Aufbau zu verhindern. Ein Transportprotein - der so genannte mitochondriale Natrium-Kalzium-Austauscher - ermöglicht diesen Prozess.

In Alzheimer betroffenen Gewebe fanden Jadiya und Team, dass die Natrium-Kalzium-Austauscher extrem niedrig waren. Tatsächlich war das Protein so niedrig, dass es schwer zu erkennen war.

Die Forscher nahmen an, dass dies zu einer Überproduktion von ROS führen würde, was wiederum zur Neurodegeneration beitragen würde.

ROS sind Moleküle, die in hohen Konzentrationen Proteine, Lipide und DNA schädigen und somit oxidativen Stress verursachen.

Natrium-Kalzium-Protein-Tauscher ist entscheidend für die Progression von Alzheimer

Das Team fand eine Korrelation zwischen der reduzierten Aktivität des Natrium-Calcium-Austauschers und dem erhöhten neuronalen Tod.

Außerdem fanden die Wissenschaftler im Mausmodell, dass das Gen, das für den Austauscher kodiert, unmittelbar vor dem Auftreten von Alzheimer deutlich weniger aktiv war. Eine Abnahme der Expression dieses Gens legt ferner nahe, dass der Proteinaustauscher eine Schlüsselrolle beim Fortschreiten der Krankheit spielt.

Schließlich testeten die Wissenschaftler diesen Mechanismus auch in einem von Alzheimer betroffenen Zellkulturmodell, indem sie künstlich das Niveau des Austauschers erhöhten.

Wie vermutet, erholten sich die betroffenen Zellen bis zu einem Punkt, wo sie fast identisch mit gesunden Zellen waren. Darüber hinaus stiegen die Spiegel von Adenosintriphosphat (ATP), die ROS-Werte nahmen ab und weniger Neuronen starben.

ATP ist ein Molekül, das von einigen Biologen als "Energiewährung des Lebens" angesehen wird, wie es bei jeder Aktivität unseres Körpers erforderlich ist.

John Elrod, ein Co-Autor der Studie, erklärt die Bedeutung der Ergebnisse:

"Vor der Verwendung dieser Modellsysteme hat sich niemand damit befasst. Es ist möglich, dass Veränderungen im mitochondrialen Calciumaustausch den Krankheitsprozess vorantreiben."

Die Studie könnte auch den Weg für neue Behandlungsoptionen ebnen, erklärt Elrod. Das Team arbeitet derzeit daran, die für die Alzheimer-Krankheit typische Neurodegeneration in Mausmodellen umzukehren, indem die Expression des Gens, das für den Natrium-Kalzium-Austauscher kodiert, stimuliert wird. Dies könnte mit neuen Medikamenten oder Gentherapie erreicht werden.

"Unsere Hoffnung ist, dass wenn wir entweder das Expressionsniveau oder die Aktivität dieses Austauschers ändern können, es eine praktikable Therapie sein könnte, die früh genug die Alzheimer-Krankheit behindern könnte - das ist der Homrun", sagt Elrod. "Wir sind nicht einmal nah dran, aber das wäre die Idee."

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