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Alzheimer und welche Rolle infektiöse Proteine dabei spielen

Proteine sind kettenartige Eiweiß-Riesenmoleküle, die im Körper bestimmte Aufgaben übernehmen. Damit es seine Funktion erfüllen kann, hat jedes Protein seine eigene, genau festgelegte Gestalt und Ordnung. Wird beides gestört, verlieren die Moleküle ihre Orientierung und können miteinander verklumpen. Die Gehirne von Patienten mit Alzheimer-Demenz sind übersät mit solchen Plaques und Tangles bestehend aus fehlgefalteten Beta-Amyloid- und Tau-Proteinen. Forscher des Instituts für Schlaganfall- und Demenzforschung am LMU Klinikum München haben kürzlich in einer Studie nachgewiesen, dass sich Tau-Proteine in zusammenhängenden neuronalen Netzwerken wie bei einer Infektion ausbreiten. „Fehlgefaltete Tau-Proteine propagieren sich bei der Alzheimer-Erkrankung ähnlich wie bei einer Infektion. Ein fehlgefaltetes Protein kann das nächste zu einer Fehlfaltung zwingen. Dieses Prinzip kennt man ebenfalls von anderen neurodegenerativen Erkrankungen“, bestätigt Dr. Nicolai Franzmeier, Erstautor der Studie.

Die Alzheimer-Erkrankung zählt zu den häufigsten Erkrankungen des zentralen Nervensystems und gilt als die Hauptursache für Demenz im Alter. Weltweit sind rund 50 Millionen Menschen betroffen. Ohne deutliche Fortschritte in der Prävention und Behandlung prognostiziert der World Alzheimer Report 2019 eine Verdreifachung der Fallzahlen bis 2050.

Das große Problem bei der Erkrankung ist, dass sie erst lange nach ihrem biologischen Start klinisch diagnostiziert werden kann, und die zugrunde liegenden Hirnschädigungen bei der Diagnose bereits weit fortgeschritten und irreversibel sind. „Nach derzeitiger Kenntnis handelt es sich bei Alzheimer um eine Proteinopathie, also eine stetig wachsende Ansammlung von Beta-Amyloid-Proteinen im Gehirn über einen sehr langen Zeitraum hinweg. Darauf folgt die Anhäufung von fehlgefalteten Tau-Proteinen innerhalb der Nervenzellen im Gehirn. Letztendlich führt das dazu, dass die Nervenzellen degenerieren, absterben und die Betroffenen klinische Symptome wie Gedächtnis- und Orientierungsverlust, Sprachstörungen, Beeinträchtigungen des Denk- und Urteilsvermögens sowie Veränderungen der Persönlichkeit entwickeln“, erklärt Franzmeier.

Was die Ablagerungen der Proteine auslöst, ist aktuell noch unklar. „Bei rund einem Prozent der Erkrankungen handelt es sich um eine vererbte Form, bei der die Betroffenen unter einer Gen-Mutation leiden, die zur Akkumulation des Amyloid-Proteins führt. Das Gros der Patienten leidet aber unter der sogenannten sporadischen Form der Alzheimer Erkrankung, bei der sich diese Amyloid-Ablagerungen aus bisher noch nicht genau bekannten Gründen über Jahre oder sogar Jahrzehnte vor dem Auftreten der ersten Symptome hinweg bilden.“

Studie

Forscher haben jüngst in Zell- und Tierversuchen herausgefunden, dass die Tau-Proteine sich über miteinander verbundene Nervenzellen ausbreiten und ähnlich wie bei einer ansteckenden Erkrankung an andere Neurone weitergegeben werden. „Ein großes Problem dieser Versuche ist die Replizierbarkeit beim Menschen. Daher war es uns ein Anliegen herauszufinden, ob wir diese Prozesse auch mit in vivo-Bildgebungsmethoden nachvollziehen können. Also, ob wir anhand der neuronalen Verbindungen des neuronalen Netzwerks vorhersagen können, wie sich die Tau-Pathologie im Gehirn verbreitet“, berichtet Franzmeier.

Dazu haben Franzmeier und seine Kollegen um Arbeitsgruppenleiter Professor Michael Ewers in einer internationalen Studie bei Alzheimer-Patienten die Verteilung der Tau-Proteine im Gehirn beleuchtet. Zum einen machten sie zu Beginn der Studie funktionelle MRT-Aufnahmen (fMRT) des Gehirns der Patienten. Zum anderen untersuchten die Forscher zwei Stichproben mit jeweils etwa 50 Probanden, die über ein bis zwei Jahre mit der sogenannten Tau-PET-Untersuchung nachverfolgt wurden. Dafür spritzten sie den Probanden einen radioaktiven Tracer (AV1451), der sich im Gehirn an das Tau-Protein bindet und damit bildgebend darstellen lässt. Mittels dieser Methode konnten die Forscher nachvollziehen, wie die Tau-Pathologie fortschreitet. Die so entstandenen Längsschnittdaten wurden anschließend mit einer Karte des Gehirnnetzwerkes abgeglichen, die die Forscher auf Basis der fMRT-Aufnahmen gewonnen hatten.

Fazit

„Wir konnten in unserer Studie darstellen, wie einzelne Gehirnareale miteinander kommunizieren, also wie stark sie miteinander vernetzt sind. Wir konnten zeigen, dass sich die Tau-Pathologie im Verlauf der Erkrankung vornehmlich entlang miteinander vernetzter Gehirnregionen ausbreitet“, berichtet Franzmeier. „Mit unserem Netzwerkmodell können wir folglich die Ausbreitung der Tau-Proteine anhand der Topologie funktioneller Hirnnetze relativ akkurat vorhersagen. Es ist quasi ein Prädiktionsmodell für den Erkrankungsverlauf“.

Langfristig wollen die Forscher ihr Prädikationsmodell zur individuellen Vorhersage der Verbreitung der Tau-Pathologie weiterentwickeln. „Dies könnte uns ermöglichen, den unterschiedlichen Verlauf der Erkrankung für den einzelnen Patienten besser zu prognostizieren“, so Franzmeier abschließend.

Profil:

Dr. Nicolai Franzmeier hat 2014 sein Studium als Master of Science in Psychologie an der UMIT Private Universität für Gesundheitswissenschaften, Medizinische Informatik und Technik GmbH in Hall in Tirol abgeschlossen. Er promovierte 2017 an der Graduate School for Systemic Neuroscience der Ludwig-Maximilians-Universität München. Er arbeitet als Postdoctoral Research Fellow am Institut für Schlaganfall- und Demenzforschung der LMU in der Arbeitsgruppe von Professor Michael Ewers.

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