Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Rolle der Autophagosomen bei Neurodegeneration entschlüsselt

10.04.2017

Durch den Nobelpreis für Medizin 2016 sind sie bekannt geworden: Autophagosomen. Forscher des FMP und des Forschungszentrums CECAD beschäftigen sich mit deren Abbau- und Recyclingprozesssen und fanden heraus: Es sind Autophagosomen, die Wachstumssignale wie BDNF aus als Axone bezeichneten Nervenzell-Fortsätzen rückwärts zum Zellkörper transportieren und so die Bildung neuer verzweigter Nervenfortsätze anregen. Fehlen sie, kommt es zum Untergang von Nervenzellen im Gehirn. Die Entdeckung weckt auch Hoffnung auf neue Behandlungsmöglichkeiten für Alzheimer und andere neurodegenerative Erkrankungen.

Dass Autophagosomen eine wichtige Bedeutung für unseren Körper haben, dürfte vielen Menschen seit der letzten Nobelpreisverleihung klar geworden sein. Dabei handelt es sich um eine Art Müllabfuhr, die zelleigene Abfälle in der Zelle transportiert und gleichzeitig die darin befindlichen Grundstoffe für die Zelle wieder verwertbar macht.


Neurodegenerative Veränderungen im Gehirn von Mäusen, denen der Adapter zur Bindung des Autophagosomenmotors zum Transport von BDNF fehlt. Links: Schnitt durch den Kortex einer Wildtypmaus (WT) und einer Knockoutmaus (KO). Rechts: Vergrößerte Darstellung der Bilder links, die klar erkennbare Neurodegeneration (Pfeile) im Gehirn der Knockoutmaus zeigt.

Volker Haucke, FMP

Der japanische Zellforscher Yohinori Ohsumi erforschte als erster diesen Prozess der Autophagie und konnte in den 1990er Jahren die Gene dieses Abbau- und Recyclingprozessses in menschlichen Zellen bestimmen. Im Herbst 2016 hat er schließlich den Medizin-Nobelpreis für seine bahnbrechenden Arbeiten erhalten.

Im Zusammenhang mit Alzheimer wird bislang vermutet, dass Autophagosomen für den Abbau verklumpter Proteine zuständig sind. Doch wie die Zusammenarbeit der Forscher vom Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) in Berlin und des Forschungszentrums CECAD an der Universität zu Köln nun zeigen konnte, ist das nicht ihre einzige Funktion: Eine bis dato unbekannte, aber möglicherweise ebenso bedeutsame Rolle kommt ihnen als „Taxi“ für die Übermittlung positiver Wachstumssignale wie des sogenannten „Brain Derived Neurotrophic Factor“ (BDNF) zu.

Nimmt die Zahl der Taxis ab oder ist ihr Motor defekt, können auch weniger Wachstumssignale vermittelt werden und es kommt zum Untergang von Nervenzellen. An Gehirnen von Mäusen, denen ein Adapter für die Kopplung des Taxis an seinen Motor fehlt, konnten die Forscher deutliche morphologische Veränderungen beobachten, also neurodegenerative Veränderungen aller denkbaren Schweregrade, die letztlich zum Tod führen. Die Ergebnisse der Arbeit wurden in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Nature Communications“* veröffentlicht.

Identität des Taxis aufgeklärt

„Wir wussten zwar, dass es diese Taxis gibt und sie die BNDF-Signale rückwärts in die Nervenzelle fahren, aber nicht dass es sich dabei um Autophagosomen handelt“, erläutert FMP-Direktor Prof. Dr. Volker Haucke, der die Zusammenhänge zwischen Entwicklung des Nervensystems und Neurodegeneration schon seit längerem erforscht. „Somit spielen diese Recyclinghelfer bei neurodegenerativen Prozessen eine noch ganz andere Rolle als bislang vermutet", ergänzt Dr. Natalia Kononenko, die Erstautorin der Studie, die seit 2015 die Forschungsgruppe „Molekulare und zelluläre Ursachen neurodegenerativer Erkrankungen“ an der Universität Köln leitet.

Neu ist auch die Erkenntnis, dass die signalabhängige Bildung von Autophagosomen in den Nervenzellfortsätzen (Axonen) und ihr Transport zum Zellkörper (Soma) Teil eines sich selbst verstärkenden Kreislaufs ist. Denn eines der Ziel-Gene, die im Zellkörper der Nervenzelle durch das eintreffende BDNF-Signal angeschaltet werden, ist wiederum das BDNF-Gen selbst.

Werden die Signale jedoch schwächer oder bleiben ganz aus, zum Beispiel weil die Produktion von Autophagosomen altersbedingt nachlässt, hat das verheerende Folgen. „Wenn dieser Kreislauf an einer Stelle unterbrochen wird, sei es dadurch, dass der Motor des Taxis defekt ist oder weniger Autophagosomen gebildet werden, kann das BDNF-Signal nicht mehr rückwärts laufen und es kommt praktisch kein positives Signal mehr im Zellkern an“, erklärt Haucke. „Dann bekommen wir kein ordentliches Auswachsen der Neuriten mehr und sehen zum Teil massive Neurodegeneration.“

Ohne Autophagosomen kein Wachstumssignal

Wozu aber fahren Autophagosomen die BDNF-Signale überhaupt rückwärts in den neuronalen Zellkörper hinein? Diese Fahrt dient laut den Forschern der Kontrolle der Umgebung. Die Nervenfortsätze liegen nämlich vom Entscheidungszentrum der Nervenzelle relativ weit weg. Um zu prüfen, ob es sich lohnt, Nervenfortsätze in die Umgebung auswachsen zu lassen, sendet der Zellkern die Signale auf die Reise.

Die Forscher spekulieren, dass die Autophagosomen bei dieser Kontrollfahrt eine Art Schutzfunktion übernehmen, indem sie den Rezeptor, an den BDNF bindet, aufnehmen und aktiv halten. Unter so viel Geleitschutz kann das Wachstumssignal sicher im Zellkern ankommen, was wiederum wichtig ist, um neue Nervenfortsätze oder Verzweigungen zu bilden.

Mit der Entdeckung der Identität des Taxis und des Adapters, der den Motor ans Taxi bringt, haben die Teams um Haucke und Kononenko eine große Wissenslücke geschlossen. Doch viel wichtiger ist das, was sich daraus ableiten lässt. Die Forscher vermuten, dass wenn man die Autophagosomen-Synthese anfährt und es schafft, mehr Taxen zu generieren, positiv gegen Nervenzelldegeneration ankämpfen kann. Kurzum: Es besteht Hoffnung, völlig neue Behandlungsmöglichkeiten für neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer, Chorea Huntington oder Parkinson zu finden.

Dem Untergang von Nervenzellen mit Polyaminen entgegenwirken

In einem - von dieser Arbeit unabhängigem - Forschungsprojekt wird diese Vermutung unter FMP-Beteiligung augenblicklich überprüft. Bei Mäusen, aber auch bei Alzheimer-Patienten versuchen Ärzte gemeinsam mit Grundlagenforschern, die Konzentration der Autophagosomen im Körper zu erhöhen, und zwar durch die Zufuhr von Polyaminen. Dieser Naturstoff kommt auch in Lebensmitteln wie der japanischen Sojabohnenpaste Natto reichlich vor und eignet sich darum hervorragend für die Untersuchung.

Ob man die Autophagie durch die Gabe von Bohnenpaste ankurbeln kann, wird man erst in ein einigen Jahren wissen. Aber der Weg liegt für die Forscher klar auf der Hand: „Wir haben gesehen, welche fatalen Konsequenzen eine nachlassende Produktion oder ein defekter Transport von Autophagosomen auf die Nervenzellen hat“, sagen Natalia Kononenko und Volker Haucke, „deswegen liegt es nahe, nach Substanzen zu suchen, die diesen Prozess wieder ankurbeln können.“

Kononenko, N.L., Claßen, G.A., Kuijpers, M., Puchkov, D., Maritzen, T., Tempes, A., Malik, A.R., Skalecka, A., Bera,S., Jaworski, J., Haucke, V. (2017) Retrograde transport of TrkB containing autophagosomes via the endocytic adaptor AP-2 mediates neuronal complexity and prevents neurodegeneration. Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms14819

Prof. Dr. Volker Haucke
Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP)
Phone +49-30-94793101
E-Mail: HAUCKE@fmp-berlin.de

Öffentlichkeitsarbeit
Silke Oßwald
Phone +49-30-94793104
E-Mail: osswald@fmp-berlin.de

Das Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) gehört zum Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB), einem Zusammenschluss von acht natur-, lebens- und umweltwissenschaftlichen Instituten in Berlin. In ihnen arbeiten mehr als 1.900 Mitarbeiter. Die vielfach ausgezeichneten Einrichtungen sind Mitglieder der Leibniz-Gemeinschaft. Entstanden ist der Forschungsverbund 1992 in einer einzigartigen historischen Situation aus der ehemaligen Akademie der Wissenschaften der DDR.

Silke Oßwald | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mit grüner Chemie gegen Malaria
21.02.2018 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

nachricht Vom künstlichen Hüftgelenk bis zum Fahrradsattel
21.02.2018 | Frankfurt University of Applied Sciences

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Kameratechnologie in Fahrzeugen: Bilddaten latenzarm komprimiert

21.02.2018 | Messenachrichten

Mit grüner Chemie gegen Malaria

21.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Periimplantitis: BMBF fördert zahnärztliches Verbund-Projekt mit 1,1 Millionen Euro

21.02.2018 | Förderungen Preise

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics