Neuer Durchbruch in der Gehirnalterungsforschung! Oder es könnte ein neuer Ansatz zur Lösung der Alzheimer- und Parkinson-Krankheit sein

Mit zunehmendem Alter nehmen die Körperfunktionen allmählich ab, und das Gehirn bildet hier keine Ausnahme. Eine kürzlich in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlichte Studie ergab, dass mehrere Zelltypen im Gehirn gealterter Mäuse erhebliche Veränderungen in der Genexpression durchliefen, was das Geheimnis der Gehirnalterung enthüllt. Dieser Artikel führt Sie in diese Forschung ein und erklärt Ihnen die Geschichte hinter der Alterung des Gehirns.

Um Einblicke in die Mechanismen der Gehirnalterung zu gewinnen, führten die Forscher eine Einzelzell-Transkriptomanalyse von jungen und alten Mäusegehirnen durch. Mithilfe umfangreicher, hochwertiger Transkriptomdaten und detaillierter Zelltypanmerkungen konnten die Forscher Gehirnregionen und Zelltypen identifizieren, die anfällig für Alterung sind.

Die Studie ergab, dass 2.449 Gene eine altersbedingte unterschiedliche Expression in bestimmten Zelltypen im Gehirn gealterter Mäuse zeigten. Diese Veränderungen in der Genexpression führen zur Entstehung transkriptionell unterschiedlicher Zellcluster im gealterten Gehirn, darunter Mikroglia, Astrozyten, Ependymzellen, Oligodendrozyten und andere.

Die Forschung hat fünf Hauptmerkmale der Gehirnalterung festgestellt:

1. Verringerte Anzahl von Stammzellen: Stammzellen sind spezielle Zellen, die sich in verschiedene Zelltypen differenzieren und bei der Reparatur und Regeneration von Gewebe helfen können. Wenn die Anzahl der Stammzellen abnimmt, verringert sich die Fähigkeit des Gehirns, Neuronen zu regenerieren und zu reparieren. Das bedeutet, dass sich unser Gehirn mit zunehmendem Alter nach einem Trauma schlechter erholen kann.

2. Verstärkte Immunreaktion und Entzündung: Im gealterten Gehirn kommt es sehr wahrscheinlich zu Funktionsstörungen der Immunzellen, insbesondere der Mikroglia. Die Hauptaufgabe dieser Zellen besteht darin, das Gehirn vor Krankheitserregern zu schützen. Mit zunehmendem Alter werden sie jedoch überaktiv, was zu verstärkten Entzündungsreaktionen führt. Langfristige und wiederholte Entzündungsreaktionen können das Hirngewebe schädigen und seine normale Funktion beeinträchtigen.

3. Schäden an der neuronalen Netzwerkstruktur: Myelin ist eine Substanzschicht, die das Axon von Nervenzellen umhüllt und die Geschwindigkeit der Nervensignalübertragung erhöhen kann. Im gealterten Gehirn nimmt die Myelinbildung ab, was die Übertragung neuronaler Signale verlangsamt und zu einem Rückgang der kognitiven Funktionen führt.

4. Störungen der Nährstoffwahrnehmung und der Energiehomöostase: Der Hypothalamus ist ein Schlüsselbereich für die Regulierung des Essverhaltens und des Energiestoffwechsels. Die Studie ergab, dass bestimmte Zelltypen im Hypothalamus alter Mäuse im Vergleich zu bestimmten Zelltypen junger Mäuse signifikante Veränderungen in der Genexpression aufwiesen. Es wird vermutet, dass die Zellen in diesem Bereich während des Alterungsprozesses beginnen, Funktionsstörungen zu zeigen, die zu Appetitlosigkeit und Störungen des Energiestoffwechsels führen, was wiederum die allgemeine Gesundheit und die Gehirnfunktion beeinträchtigt.

5. Epigenetische Veränderungen: Unter Epigenetik versteht man Veränderungen der Genexpression, die nicht mit Veränderungen der Gensequenz selbst einhergehen, sondern die Genaktivität über andere Mechanismen regulieren. Während des Alterungsprozesses können diese Regulationsmechanismen gestört werden, was zu einer abnormalen Genexpression führt und die Struktur und Funktion des Gehirns beeinträchtigt.

Die Alterung des Gehirns ist ein komplexer biologischer Prozess, der nicht nur die neuronale Funktion direkt beeinflusst, sondern auch eng mit dem Auftreten und der Entwicklung einer Vielzahl neurologischer Erkrankungen zusammenhängt.

Alzheimer und Parkinson sind zwei der häufigsten neurologischen Erkrankungen, die mit dem Alter einhergehen. Wesentliche Veränderungen im alternden Gehirn, wie etwa der Verlust von Nervenzellen, synaptische Funktionsstörungen, Neuroinflammation und Stoffwechselstörungen, sind wichtige Risikofaktoren für die Entwicklung dieser Krankheiten.

1. Alzheimer-Krankheit: Mit zunehmendem Alter kommt es im Gehirn zu einer abnormen Ablagerung von Amyloid-Protein und Tau-Protein (Mikrotubuli-assoziiertes Protein, das hauptsächlich in Neuronen des zentralen Nervensystems exprimiert wird) und es bilden sich Plaques und Verwicklungen, die die wichtigsten pathologischen Merkmale der Alzheimer-Krankheit darstellen. Diese Läsionen stören die Kommunikation zwischen den Nervenzellen und führen zu einem allmählichen Rückgang der kognitiven Funktionen.

2. Parkinson-Krankheit: Es gibt bestimmte spezielle Zellen in einem Bereich des Gehirns, der Substantia nigra genannt wird. Diese Zellen sind für die Produktion einer Chemikalie namens Dopamin verantwortlich, die uns hilft, die Bewegungen unserer Gliedmaßen zu kontrollieren. Wenn die Anzahl dieser Zellen abnimmt, kann es im menschlichen Körper zu Bewegungsproblemen wie Handzittern, langsameren Bewegungen und Körpersteifheit kommen.

Kurz gesagt: Die Forschungsergebnisse der Einzelzell-Transkriptomanalyse geben neue Hoffnung für die Behandlung von Erkrankungen, die mit der Alterung des Gehirns zusammenhängen, wie etwa Alzheimer und Parkinson. Durch ein tieferes Verständnis der zellulären und molekularen Mechanismen der Gehirnalterung hoffen wir, in Zukunft wirksamere Interventionen entwickeln zu können, um die Lebensqualität älterer Menschen zu verbessern und die Belastung von Familien und Gesellschaft zu verringern.

Referenzen: Jin K, Yao Z, van Velthoven CTJ, et al. Gehirnweite zelltypspezifische transkriptomische Signaturen gesunden Alterns bei Mäusen.[J]. Natur (2025). https://www.nature.com/articles/s41586-024-08350-8