Alzheimer: Gestörter Grenzverkehr im Gehirn

29. Jänner 2017, 09:00
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Transportproteine könnten bei der Entstehung von Alzheimer eine entscheidende Rolle spielen: Ein Verdacht, dem österreichische und norwegische Forscher nun nachgehen

Wien / Wiener Neustadt – Anfang des 20. Jahrhunderts machte der Münchner Arzt Alois Alzheimer eine merkwürdige Entdeckung. Bei der Obduktion eines verstorbenen Demenzkranken fand er dessen Gehirn stark geschrumpft vor. Unterm Mikroskop zeigten sich im Gewebe winzige Löcher. Das Denkorgan ähnelte einem Schwamm. Heute ist der Name des Mediziners Synonym für eine schreckliche Diagnose. Der Morbus Alzheimer zerstört den Geist und somit den Menschen.

Über die Ursachen der Krankheit herrscht keine Gewissheit. Eine wichtige Rolle dürften jedoch Ablagerungen von Proteinbausteinen des Typs Beta-Amyloid, kurz Aß, spielen. Diese Peptide bilden typische Plaques, die im Gehirn praktisch aller Alzheimer-Patienten auftreten. Prinzipiell ist die Substanz harmlos. "Aß gibt es überall im Körper", erklärt der Biowissenschafter Thomas Wanek vom Austrian Institute of Technology (AIT). Welche physiologische Funktion das Peptid bei gesunden Menschen hat, ist unklar. In geringen Mengen unterstützt es das Gehirn womöglich bei seiner Arbeit. Auch eine antimikrobielle Wirkung ist denkbar.

Beta-Amyloid neigt zur Verkleisterung

Leider jedoch neigt Aß mitunter zur Verkleisterung. Kleine Klümpchen von wenigen Molekülen können sich zwischen den Nervenzellen im Gehirn festsetzen. Mit der Zeit wachsen sie dort zu größeren Ablagerungen, den Plaques, heran. Derartige Ansammlungen stören nicht nur die Signalübermittlung an den Synapsen, sondern lösen auch chronische Entzündungsreaktionen aus. Beide Effekte tragen höchstwahrscheinlich zur Entstehung der Alzheimer'schen Krankheit bei. Der Prozess verläuft langsam, wie Wanek erläutert. "Die Inkubationsdauer beträgt 20, 30 Jahre."

Wanek leitet ein neues Projekt zur Erforschung von Alzheimer. Zusammen mit Wissenschaftern der Medizinischen Universität Wien, der Fachhochschule Wiener Neustadt und der Universität Oslo will er die Ursachen für die Aß-Anreicherung im Gehirn erkunden. Die Experten haben einen Verdacht. Da normalerweise keine Überproduktion des Peptids stattfindet, dürfte die Akkumulation eher auf eine Störung im Abbau zurückzuführen sein.

Stoffhaushalt des Gehirns

Der Stoffhaushalt des Gehirns ist eine komplexe Angelegenheit. Das sensible Organ benötigt einen speziellen Schutz gegen Schadstoffe und Krankheitserreger, daher ist der gesamte Austausch mit dem Rest des Körpers streng reglementiert. Die Blut-Hirn-Schranke gewährleistet diese Kontrolle. Sitz dieser Sperre sind die Gefäßwände, das Endothel, der Blutkapillaren. Ihre Zellen liegen extrem dicht aneinander, zwischen ihnen gibt es keine durchlässigen Lücken – so wie anderswo üblich. Der Stofftransport muss also über die Zellen selbst erfolgen, und somit durch deren Membranen hindurch. Ein aufwendiger Prozess.

Für den Abbau von Aß sind mehrere Trägerproteine verantwortlich. Das erste mit der Bezeichnung LRP1 ist offenbar auf der dem Hirngewebe zugewandten Seite der Endothelzellen tätig und schleust Aß aktiv durch die Membran ins Zellinnere (vgl. Frontiers in Psychiatry, Bd. 3, S. 54). Der weitere Weg in die Blutbahn wird dem Amyloid vermutlich durch ABC-Proteine eröffnet.

ABCG2 im Visier

Auch Letztere sind überall im Körper zu finden, sagt Waneks Kollege Thomas Pekar von der FH Wiener Neustadt. In ihrer Funktion seien sie nicht spezialisiert und deshalb in der Lage, viele verschiedene biochemische Stoffe zu transportieren. An der Außenseite der Blut-Hirn-Schranke scheinen gar drei verschiedene ABC-Proteine an der Aß-Beseitigung beteiligt zu sein. Einem davon, ABCG2, widmet das Team nun seine Aufmerksamkeit.

ABCG2 tritt im gesunden menschlichen Gehirn in relativ hohen Konzentrationen auf. Sein Kompagnon ist ABCB1, tätig im selben Bereich. "Beide Proteine zusammen schützen das Hirn effizient vor unerwünschten Substanzen", sagt Thomas Wanek. Der Clou: Die Transportmoleküle wachen an der Zellmembran und sind auch befähigt, von außen eingedrungene Stoffe sofort wieder hinauszubefördern – zusätzlich zum "Abfall" aus dem Gehirninneren. Abgesehen davon können sich ABCG2 und ABCB1 anscheinend gegenseitig ersetzen.

Ist das Leiden die Folge eines Transportprotein-Defizits, mit einer erhöhten ABCG2-Produktion in Ermangelung von ABCB1? Wenn ja, dann könnte Ersteres als Frühwarnung dienen, meint FH-Forscher Pekar. Es sei aber nicht davon auszugehen, dass die Hirnschäden nur von ein oder zwei Proteintypen ausgelöst werden.

Forschungsprojekt

Um das Wechselspiel der Moleküle genauer betrachten zu können, nutzen die Forscher die Positronen-Emissionstomografie (PET). Dabei wird eine radioaktiv markierte Spezialsubstanz in Labormäuse injiziert. Ein Teil von ihnen wird von künstlich verursachtem Alzheimer geplagt. Die biochemische Sonde bindet spezifisch an ABCG2 und verrät durch ihre Signale, ob das Transportprotein im Gehirn tätig ist. Vergleichende Aufnahmen bei gesunden Tieren zeigen mögliche Unterschiede auf.

Man wolle auch wissen, ob sich die Aktivität von ABCG2 bei fortschreitendem Alter verändere, sagt Wanek. Das Land Niederösterreich unterstützt das Projekt finanziell. Erste Ergebnisse sollen 2018 vorliegen. (Kurt de Swaaf, 29.1.2017)

  • Die Blut-Hirn-Schranke ist eine Membran, die kontrolliert, welche Stoffe zwischen Gehirn und dem Rest des Körpers ausgetauscht werden können.
    foto: carol and mike werner / science photo library / picturedesk.com

    Die Blut-Hirn-Schranke ist eine Membran, die kontrolliert, welche Stoffe zwischen Gehirn und dem Rest des Körpers ausgetauscht werden können.

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