
Neue Studie wirft Licht auf die regionale Degeneration bei der Huntington-Krankheit
Warum sterben bei HK bestimmte Hirnzellen? Neue Forschung legt nahe evtl. aufgrund der Leistung des Zell-Recyclings
Bestimmte Gehirnregionen degenerieren bei der Huntington-Krankheit schneller als andere. Steven Finkbeinerâs Team kommt zu dem Schluss, diese Abweichungen beruhen auf den unterschiedlichen FĂ€higkeiten der Gehirnzellen in diesen Regionen, das mutierte Huntington-Protein schnell zu identifizieren und zu entsorgen. Insbesondere sind die Neuronen aus den gefĂ€hrdeten Gehirnregionen beim AufrĂ€umen des Proteins am langsamsten.
Wissen wann man sie faltet
Proteine sind groĂe biologische MolekĂŒle, die verschiedene wichtige Aufgaben fĂŒr die Zelle durchfĂŒhren. Sobald ein Protein durch das Aneinanderreihen von AminosĂ€uren in einer bestimmten Reihenfolge hergestellt wurde, faltet sich das Protein wie eine Brezel in eine einzigartige dreidimensionale Form. Nur dann wenn das Protein korrekt gefaltet ist, kann es seine normalen Aufgaben erledigen.

Leider werden einige Proteine wĂ€hrenddessen verĂ€ndert, so dass sie sich nicht mehr richtig falten. Bei der Huntington-Krankheit fĂŒhrt eine genetische Mutation dazu, dass eine der AminosĂ€uren in der Kette des Huntingtin-Proteins (Htt) immer und immer wieder wiederholt wird, wie ein springende Schallplatte (oder ein Stottern, wenn es Schallplatten vor Ihrer Zeit gab).
Diese VerlĂ€ngerung fĂŒhrt dazu, dass sich das Htt falsch faltet, fĂŒr die Zelle giftig wird und zu groĂen Klumpen zusammenklebt, die die Wissenschaftler Aggregate nennen. Eine entsprechende bildhafte Darstellung wĂ€ren Haarballen, die einen Abfluss verstopfen: lose, einzelne Haare sind kein Problem, aber die groĂen Klumpen verstopfen alles.
Bei Patienten mit der Huntington-Krankheit hat scheinbar jede Zelle des Körpers das mutierte Huntington-Protein, aber es sind die Gehirnzellen, die wĂ€hrend der Krankheit vorrangig absterben. Deshalb ist die Huntington-Krankheit eine „neurodegenerative“ Erkrankung. In der Tat sterben nicht nur Gehirnzellen ab, sondern bestimmte Populationen von Neuronen im Gehirn sterben am frĂŒhesten und scheinen so am anfĂ€lligsten zu sein.
Insbesondere der Bereich des Gehirns, der den frĂŒhesten und schwersten Zelltod aufweist, wird das Striatum genannt. Das Striatum befindet sich tief in der Mitte des Gehirns. Seine Aufgabe ist es, die willkĂŒrlichen Bewegungen, die Gedanken und die sozialen Interaktionen zu koordinieren und sicherzustellen, dass die Dinge nicht auĂer Kontrolle geraten.
Alles vom Stoppen eines GesprĂ€ches bis zum Stoppen einer Bewegung wird durch das Striatum abgedeckt. Was extrem wichtig, aber noch unverstanden ist, ist warum das Gebiet so anfĂ€llig fĂŒr die Degeneration bei der Huntington-Krankheit ist, wĂ€hrend andere Regionen das mutierte Htt viel lĂ€nger zu bewĂ€ltigen scheinen bevor sie absterben.
âNeuronen, die mit zusĂ€tzlichem Nrf2 ĂŒberlastet wurden, löschten das mutierte Htt schneller als normale und waren unwahrscheinlicher um abzusterben. Dies legt nahe, dass das Ankurbeln des eigenen Recyclingweges der Zelle ein mögliches therapeutisches Ziel bei der Huntington-Krankheit sein könnte.â
Die Unterlagen, den MĂŒll und das mutierte Huntingtin entfernen
Zwei mögliche ErklĂ€rungen fĂŒr diese Unterschiede wurden von einem Forscherteam unter der Leitung von Dr. Steven Finkbeiner an der University of California in San Francisco erforscht. Eine Möglichkeit ist, dass es die VariabilitĂ€t zwischen den Gehirnzelltypen in dem Anteil sein könnte, wie das mutierte Htt die toxischen Strukturen bildet. GrundsĂ€tzlich ungefĂ€hr so wie schnell die Haare fĂŒr jeden Zelltyp zu Haarballen werden?
Eine weitere mögliche ErklĂ€rung fĂŒr den selektiven Verlust von Zellen ist, dass verschiedene Regionen des Gehirns das mutierte Htt anders aufrĂ€umen und entsorgen könnten. Sind einige Zellen also nur Ordnungsfanatiker?
Die Autoren entwickelten eine Technik, die sie dieses Falt- und AufrĂ€um-Verhalten in individuellen, lebenden, kultivierten Gehirnzellen messen lieĂ. Sie fĂŒllten die Zellen mit einem leuchtenden Protein namens „Dendra2“. Dieses Protein ist ordentlich, denn es leuchtet zunĂ€chst mit einer grĂŒnen Farbe (wie ein GlĂŒhstab), wechselt aber zu rotem Licht, wenn es mit einer bestimmten Farbe des Lichtes angeleuchtet wird.
Somit ermöglicht es dieses Werkzeug, dass man einige Neuronen voll mit grĂŒnem Dendra2 zĂŒchtet, sie dann mit einem Licht umschaltet und das Dendra2 rot wird. Durch das Bobachten, wie lange es dauert, bis die Zelle wieder grĂŒnes Dendra2 auffĂŒllt und das rote Dendra2 los wird, erfĂ€hrt man, wie schnell diese Zelle darin ist, neue (grĂŒne) Proteine herzustellen und alte (rote) abzubauen.

Image credit: Life Science Databases
NatĂŒrlich kĂŒmmert man sich in der Tat nicht um Dendra2. Was man wirklich gerne wissen wĂŒrde, ist es wie die Gehirnzellen das normale Huntington-Protein verarbeiten, und ob dies durch die Mutation verĂ€ndert wird, die die Huntington-Krankheit verursacht. Um zu dieser Frage zu gelangen nutzten die Wissenschaftler Labortricks, um ein normales oder ein mutiertes Huntington-Protein mit dem Dendra2-Protein zu verschmelzen. Jetzt konnten sie den gleichen Lichttrick anwenden, um dem Huntington-Protein zu folgen.
Der MĂŒllmann kann es
Mit diesem System stellten sie fest, dass das mutierte Huntington-Protein von den Neuronen im Striatum viel schneller als normales Htt aufgerĂ€umt wurde. Dies ist ĂŒberraschend – viele Wissenschaftler hĂ€tten vorausgesagt, dass die mutierte Form des Proteins lĂ€nger dableiben wĂŒrde, und dass das Verweilen bewirkt, dass es zu Aggregaten akkumuliert. Es legt nahe, dass Neuronen das mutierte Protein erkennen können und es zur Bereinigung auf es abzielen.
In der Tat ermöglichte das automatisierte Mikroskop, das Finkbeinerâs Team entwickelt hat, dass sie sehen konnten, dass je schneller eine einzelne Zelle vom mutierten Htt befreit wurde, desto lĂ€nger lebte die Zelle. Das hat einen Sinn – die Reinigung vom giftigen MĂŒll schĂŒtzt die Gehirnzellen.
Wenn also das Erkennungs- und das Abschirmungssystem des mutierten Proteins der Zelle funktioniert, wo ist dann das Problem? Es stellt sich heraus, dass einige Neuronen besser sind beim AufrĂ€umen als andere, nĂ€mlich die der Gehirnrinde. Die Gehirnrinde ist der faltige Ă€uĂere Bereich des Gehirns. Generell erliegen die Zellen der Gehirnrinde der Huntington-Krankheit spĂ€ter als die Zellen im Striatum. In der Hoffnung zu verstehen warum, verglichen die Autoren die Bereinigung des mutierten Huntington-Proteins im Striatum mit der Bereinigung in der Gehirnrinde.
âDas wichtigste Ergebnis dieser Studie ist, dass die Neuronen aus verschiedenen Gehirnregionen sich in ihrer Empfindlichkeit gegenĂŒber dem mutierten Htt unterscheiden. Es könnte eine ErklĂ€rung dafĂŒr sein, warum die Huntington-Krankheit in einer Gehirnregion gegenĂŒber einer anderen startet.â
TatsĂ€chlich waren die Neuronen im Kortex in der Lage, das mutierte Htt schneller loszuwerden. Die Neuronen der GroĂhirnrinde lebten auch lĂ€nger als die Neuronen des Striatums. Die Autoren folgerten, dass dies aufgrund der Recycling-Weise dieser Regionen, die sich in den FĂ€higkeiten unterscheiden, das mutierte Huntington-Protein aufzurĂ€umen.
Wenn Proteine alt oder abgenutzt werden, hat die Zelle ein System fĂŒr deren Entsorgung oder Wiederverwertung. Die Forscher untersuchten, ob ihre Beobachtungen durch Effekte dieses Abbausystems erklĂ€rt werden könnten. Insbesondere haben sie sich auf Nrf2 konzentriert, ein Protein, das den Recycling-Prozess einschaltet.
Wissenschaftler können untersuchen, wie verschiedene zellulĂ€re Prozesse zu Dingen wie dem Zelltod und dem Recycling beitragen – durch das Ankurbeln oder ZurĂŒckdrehen der Menge eines bestimmten Prozesses. In diesem Fall, weil sie glaubten, dass die Recycling-Programme, die vom Nrf2-Protein aktiviert werden, wichtig sind, gaben sie den Zellen mehr Nrf2 oder sie nahmen es weg. Dies hilft ihnen festzustellen, ob ein bestimmter Prozess wichtig ist.
Das ist genau das, was sie machten, um Nrf2 und das Recycling des mutierten Huntington-Proteins zu studieren. Neuronen, die mit zusĂ€tzlichem Nrf2 ĂŒberlastet wurden, löschten das mutierte Htt schneller als normale und waren unwahrscheinlicher um abzusterben. Dies legt nahe, dass das Ankurbeln des eigenen Recyclingweges der Zelle ein mögliches therapeutisches Ziel bei der Huntington-Krankheit sein könnte.
Im Einklang mit dieser Idee, als die Wissenschaftler kĂŒnstlich den primĂ€ren MĂŒll oder die Recyclingwege der Zelle mit Medikamenten reduzierten, waren die Zellen weniger in der Lage das mutierte Huntington-Protein aufzurĂ€umen. So scheint dieser bestimmte Recyclingweg die Voraussetzung dafĂŒr zu sein, dass die Neuronen mit diesem giftigen Protein umgehen.

Image credit: Chris Goodfellow
Was bedeutet das fĂŒr die Huntington-Krankheit?
Das wichtigste Ergebnis dieser Studie ist, dass die Neuronen aus verschiedenen Gehirnregionen sich in ihrer Empfindlichkeit gegenĂŒber dem mutierten Htt unterscheiden. Es könnte eine ErklĂ€rung dafĂŒr sein, warum die Huntington-Krankheit in einer Gehirnregion gegenĂŒber einer anderen startet. Die Wende ist, diese Empfindlichkeit basiert scheinbar auf der unterschiedlichen FĂ€higkeiten dieser Neuronen beim Umgang und der Entsorgung des mutierten Proteins, statt irgendeiner intrinsischen ToxizitĂ€t des Proteins selbst.
Dies ist in der Tat sehr wichtig, weil die KapazitĂ€t der Neuronen, das mutierte Htt handzuhaben einen interessanten Weg der potenziellen Therapeutika bietet. Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie wĂŒrden wir vermuten, dass Behandlungen, die die FĂ€higkeit der Neuronen das mutierte Htt aufzurĂ€umen zu fördern den Nervenzellen helfen wĂŒrde, um lĂ€nger zu leben.
Allerdings mĂŒssen diese interessanten Möglichkeiten im Zusammenhang betrachtet werden. ZunĂ€chst war diese ganze Studie mit Neuronen durchgefĂŒhrt, die in einer Petrischale gezĂŒchtet waren. Es bleibt abzuwarten, ob dieses PhĂ€nomen auch bei der menschlichen Krankheit gesehen wird, was am wichtigsten zu beachten ist.
Zweitens sind diese Ergebnisse vorlĂ€ufig, da es die oben beschriebenen Therapiemöglichkeiten noch nicht gibt. Es wird Zeit brauchen, um etwas zu entwerfen und in anderen Huntington-Modellen zu testen, bevor es bei den Menschen untersucht werden könnte. Beispielsweise weiĂ niemand, welche schĂ€dlichen Nebenwirkungen auftreten können, wenn der Nrf2-Signalweg kĂŒnstlich fĂŒr eine lange Zeit gewĂ€hlt wird.
Die Quintessenz ist, dass diese Beobachtungen sehr interessante Grundlagen der Huntington-Wissenschaft sind. Und wĂ€hrend es immer noch keine zugelassenen Medikamente gibt, die das zugrundeliegende Problem bei der Huntington-Krankheit angreifen, helfen Studien wie diese zu einem besseren VerstĂ€ndnis dieser schrecklicher Erkrankung, um den Weg fĂŒr die Entwicklung neuer Medikamente klar zu machen.
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