Wie Alzheimer und Fettstoffwechsel in Verbindung stehen

Die Alzheimer-Krankheit verursacht erhebliche Gedächtnis-, Denk- und Verhaltensprobleme, und ist die häufigste Form der Demenz, von der jedes Jahr weltweit mehr als 50 Millionen Menschen betroffen sind. Diese Zahl wird sich bis zum Jahr 2050 voraussichtlich verdreifachen. Mit Hilfe ihrer eigenen hochmodernen Bildgebungstechnologien haben Wissenschaftler der University of California San Diego, rund um Xu Chen, Ph.D., Assistenzprofessor in der Abteilung für Neurowissenschaften an der UC nun aufgedeckt, wie der Stoffwechsel von Lipiden, einer Molekülklasse, zu der Fette, Öle und viele Hormone gehören, bei der Alzheimer-Krankheit verändert ist. Sie haben auch eine neue Strategie aufgezeigt, um dieses Stoffwechselsystem mit neuen und bestehenden Medikamenten anzugehen. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Cell Metabolism veröffentlicht.

Zusammenhang zwischen Alzheimer und Fettstoffwechsel

Laut Xu Chen werden Lipide schon lange mit Alzheimer in Verbindung gebracht. Der Experte bezieht sich dabei auf den ursprünglichen Bericht von Alois Alzheimer aus dem Jahr 1907, in dem das ungewöhnliche Vorhandensein von Fettablagerungen im Gehirn der ersten Person, bei der die Krankheit diagnostiziert wurde, beschrieben wurde. Seitdem hat man sich so sehr auf Tau und andere Proteine konzentriert, dass die Forschergemeinschaft diesen wichtigen Aspekt der Krankheit bis vor etwa zehn Jahren weitgehend übersehen hat.

Angetrieben von ihrem großen Interesse an den Funktionen von Lipidtröpfchen bei Alterung und Krankheit haben die Forscher diese fruchtbare Zusammenarbeit initiiert, um die hochmoderne SRS-Technologie für die Untersuchung des Lipidstoffwechsels in Tauopathie-Mausgehirnen zu nutzen. Bei der SRS-Bildgebung wird die Art und Weise analysiert, wie Moleküle in einer Probe mit Laserlicht interagieren. Im Gehirn kommen Lipide in Form winziger Tröpfchen vor, die eine Vielzahl von Prozessen steuern, wie z. B. die Energiespeicherung und die Reaktion der Zellen auf Stress. Diese Prozesse sind in normalen Gehirnen streng reguliert, aber bei Alzheimer oder ähnlichen Krankheiten kann der Stoffwechsel der Lipidtröpfchen gestört sein. Die Wissenschaftler wissen zwar, dass es einen Zusammenhang zwischen Alzheimer und dem Fettstoffwechsel gibt, aber wie genau sie sich gegenseitig beeinflussen, ist ein Rätsel geblieben.

Um diese Frage zu beantworten, untersuchte das Team die Lipidtröpfchen in den Gehirnen von Mäusen mit überschüssigem Tau-Protein direkt. Sie verwendeten eine hochmoderne SRS-Bildgebungsplattform, die im Labor an der Jacobs School of Engineering entwickelt wurde. Die Plattform ermöglicht es, mikroskopische Bilder von Lipidtröpfchen in Zellen aufzunehmen, ohne chemische Farbstoffe zu verwenden, die die empfindlichen Moleküle verändern und die Ergebnisse beeinträchtigen können.

Interessanterweise zeigen die inerten Lipidtröpfchen, die in Tauopathie-Gehirnen beobachtet wurden, ein ähnliches Verhalten wie in alternden Gehirnen. Die Forscher konzentrieren sich jetzt darauf, die zugrunde liegenden Mechanismen zu verstehen, indem sie die SRS-Bildgebung mit anderen multidisziplinären Techniken kombinieren. Ihr Ansatz ist biologisch neutral, so dass sie in der Lage sind, das Geschehen im Gehirn auf molekularer Ebene mit so wenig Interferenzen wie möglich zu beobachten.

Anstatt einen typischen chemischen Farbstoff zum Anfärben von Lipiden zu verwenden, nutzen die Forscher schweres Wasser, das von Natur aus an den Stoffwechselaktivitäten beteiligt ist, die sie interessieren. Dadurch erhalten sie ein viel klareres Bild davon, wie Lipide räumlich und zeitlich gebildet werden, was mit anderen Ansätzen nicht möglich wäre. Derzeit konzentrieren sie sich darauf, die zugrundeliegenden Mechanismen dieser dynamischen Veränderungen des Lipidstoffwechsels im Zusammenhang mit Alterung und Krankheiten zu verstehen.

Neue Behandlungsmöglichkeiten für Alzheimer

Die Forscher entdeckten, dass in Gehirnen mit Tauopathie Neuronen infolge von Stress oder Schäden überschüssige Lipide ansammeln. Dieser Zustrom zwingt die Neuronen, den Überschuss auf Immunzellen im Gehirn, die so genannten Mikroglia, abzuwälzen. Diese Mikroglia lösen dann eine Entzündungsreaktion aus, welche die Neuronen weiter belastet und so einen sich wiederholenden und verschlimmernden Zyklus auslöst.

Neben der Charakterisierung dieses Prozesses konnten sie auch ein entscheidendes Enzym namens Adenosinmonophosphat-aktivierte Proteinkinase (AMPK) identifizieren, das den Zyklus steuert. Den Forschern zufolge könnte eine Unterbrechung dieses Zyklus neue Behandlungsmöglichkeiten für die Alzheimer-Krankheit eröffnen. Chen ist besonders optimistisch, was die Möglichkeit betrifft, bestehende Medikamente, die den Fettstoffwechsel verändern, neu zu verwenden. Die Beweise deuten laut den Experten darauf hin, dass der Fettstoffwechsel ein treibender Mechanismus für die Alzheimer-Krankheit ist. Es gibt viele Medikamente, die auf den Lipidstoffwechsel in anderen Körpersystemen, z. B. in der Leber, abzielen, so dass sie in der Lage sein könnten, dieses System mit den bereits zur Verfügung stehenden Mitteln drastisch zu verändern.