Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie das "Lernen können” im Alter ausgeschaltet wird

18.05.2010
Göttinger Neurowissenschaftler beschreiben erstmals, dass ein verändertes Zusammenspiel von Umwelt und Genom zum Verlust von Lernvermögen im Alter führt. Sie klären den Mechanismus auf und zeigen mögliche neue Wege zur Behandlung von Altersdemenz. Veröffentlicht in SCIENCE.

Geistig fit im hohen Alter, das ist ein besonderes Geschenk des Lebens. Altkanzler Helmut Schmidt (91) und Altpräsident Richard von Weizsäcker (90) sind Beispiele dafür, dass "geistige Fitness" bis ins hohe Alter möglich ist. Die meisten Menschen müssen sich mit zunehmendem Alter eher mit den Einschränkungen ihres Lernvermögens arrangieren.

Alter ist auch der wichtigste Risikofaktor für Alzheimer. Dabei ist in den wenigsten Fällen eine vererbte Form von Alzheimer der Grund dafür, sondern die "erworbene" Variante. Eine ursächliche Behandlung gibt es für beide Formen bislang nicht. Göttinger Neurowissenschaftler vom European Neuroscience Institut (ENI-G) zeigen jetzt neue Wege für eine mögliche Behandlung auf.

In ihrer neuesten Studie beschreibt das Forscherteam unter der Leitung von Dr. André Fischer erstmals, dass eine veränderte Umwelt-Genom-Interaktion zum Verlust von Lernvermögen im Alter führt, und sie klären den Mechanismus auf. Gefunden haben die Forscher eine Art Schalter für das "Lernen können". Dieser ist schon zu Beginn der zweiten Lebenshälfte "dereguliert" und damit quasi auf "Aus" gestellt. Das Forscherteam ist davon überzeugt, damit einen Ansatzpunkt für eine in der Zukunft mögliche "Pille gegen Altersdemenz" gefunden zu haben. Die Forschungsergebnisse der ENI-G-Forscher wurden am 7. Mai 2010 in dem international renommierten Wissenschaftsmagazin SCIENCE veröffentlicht.

Erst ein moderner Forschungsansatz hat den Göttinger ENI-Forschern zu den jüngsten Erkenntnissen verholfen. Dieser berücksichtigt Erkenntnisse der so genannten "Epigenetik". Danach beeinflussen vor allem Faktoren der Umwelt, ob und welche Gene des verfügbaren Erbguts "reguliert", das heißt ein- oder aus-, runter- oder hochgeschaltet, werden. Die vermittelnden Schaltstellen für diese "Umwelt-Genom-Interaktion" liegen nicht in den Genen oder der Erbsubstanz selbst, sondern in der dreidimensionalen Verpackungsstruktur der Gene.

Vermittelt wird die molekulare Interaktion zwischen Umwelt und Genom (der Erbsubstanz) von "Histonen" oder "Histonproteinen". Impulse aus der Umwelt bewirken an diesen Proteinen je nach Impuls unterschiedliche molekulare Veränderungen, so genannte "Modifikationen". Ein solcher wichtiger epigenetischer Mechanismus ist die "Histonacetylierung", wobei Acetyl-gruppen an bestimmte Stellen der Histone, angehängt werden. Genau diese "Histonacetylierung" spielt in den aktuellen Forschungsergebnissen der Göttinger Neurowissenschaftler eine zentrale Rolle.

"Probanden" der Studie waren Mäuse im Alter von 3 und 16 Monaten. Die Mäuse beider Altersstufen absolvierten die selben Tests zur Untersuchung von Gedächtnis und Lernfähigkeiten. Das besondere Interesse der Forscher galt dabei den Test-Ergebnissen der 16 Monate alten Mäusen. Sie sind das "Mausmodell" für den alternden Menschen im Alter um die 55 Jahre. Insgesamt zeigten die Tests: Alternde Mäuse zeigen in Gedächtnistests erste Anzeichen für einen Verlust von Lernfähigkeit.

In weiteren Untersuchungen konnten die Forscher zeigen, dass der Verlust von Lernfähigkeit bei alternden Mäusen gekoppelt ist mit einem nahezu kompletten Ausfall aller Gene, die beim Prozess "Lernen" eine Rolle spielen. Untersucht wurde hierbei eine bestimmte Hirnregion, der Hippokampus. Dieser ist bei Nagern wie beim Mensch wesentlich für das Lernvermögen. Zudem ist der Hippokampus die Hirnregion, die bei der Alzheimerdemenz als erste geschädigt wird. Während junge Mäuse während des Lernens über 1.500 hippokampale Gene angeschaltet hatten, lag die Zahl bei den alternden Mäusen von 16 Monaten bei nahezu "Null".

Was schaltet die Gene für "Lernen-können" im Alter komplett ab? "Solexa", ein neues Verfahren zur schnellen Sequenzierung ganzer Genome lieferte die Antwort. "Erstmals haben wir bewährte verhaltensbiologische Untersuchungstestverfahren zum Lernen mit modernen Verfahren der Genom-Sequenzierung kombiniert", sagt Dr. André Fischer. Mit Hilfe dieses Verfahrens gelang den Forschern nun der Blick auf Veränderungen an den Histonen und mögliche Unterschiede bei jungen und alternden Mäusen. Hier fanden sie den "Schalter", der die Lern-Gene in der alternden Maus abschaltet: "H4K12", das Histon 4, das normalerweise über eine Acetylierung an Position 12 verfügt, ist dereguliert. "Diese eine Veränderung hat bewirkt, dass keine Lern-Gene mehr aktiviert werden können. Unsere Forschungsergebnisse zeigen erstmals, dass es einen kausalen Zusammenhang zwischen epigenetischen Mechanismen und dem Verlust an Lernfähigkeit im Alter gibt", sagt Dr. André Fischer.

Die neuen Erkenntnisse eröffnen einen Weg für Behandlungsmöglichkeiten: "Wenn wir einen solchen Schalter wie H4K12 kennen, können wir uns gezielt auf die Suche nach Substanzen machen, um ihn wieder anzuschalten”, sagt Dr. Fischer. In früheren Studien haben die ENI-Forscher dafür bereits Erkenntnisse gewonnen. Danach lässt sich die Histonacytelierung auf künstliche Weise durch die Gabe von so genannten HDAC-Inhibitoren erreichen. Ein solche Substanz, die Suberolylanilid Hydroxamid Säure (SAHA), wird bereits in ähnlicher Funktion zur Behandlung bestimmter Krebsformen an Menschen eingesetzt.

Die neuen Erkenntnisse der Göttinger Neurowissenschaftler könnten vor allem bedeutsam werden für die Entwicklung von medikamentösen Behandlungsmöglichkeiten, die auf die molekularen Ursachen von neuronalen und neurodegenerativen Erkrankungen des Alters zielen. Viele Arbeiten weltweit haben bestätigt, dass die Modifizierung von Histonacetylierung, z.B. durch HDAC Inhibitoren, eine gute Strategie zur Behandlung von Altersdemenz oder Alzheimer darstellt. "Um den Schritt in die Klinik zu tun und Menschen zu behandeln, fehlen uns noch spezifische, sehr gezielt einsetzbare Wirkstoffe. Die derzeitigen HDAC-Inhibitoren sind unspezifisch und wirken nur grob in die richtige Richtung. Sie sind aber nicht geeignet, um die Acetylierung an nur einer bestimmten Position zu erreichen", sagt Dr. Fischer.

"Krankheiten wie Alzheimer sind in der Regel multifaktoriell. Das heißt: in der Regel tragen eine ganze Reihe von genetischen und umweltbedingten Risikofaktoren, wie z.B. das Alter, zur Krankheit bei. Alle Risikofaktoren auszuschalten ist schwierig", sagt Dr. André Fischer: "Wir gehen davon aus, dass verschiedenste Risikofaktoren zur ähnlichen Veränderungen der Histoneacetylierung führen. Wir nennen das eine "epigenetische Signatur". Diese kann als so etwas wie das Nadelöhr von dementiellen Erkrankungen angesehen werden. Eine solche epigenetische Signatur stellt demnach ein sehr gutes Ziel für eine Behandlung dar. Unsere neuesten Forschungsergebnisse zeigen, dass eine veränderte H4K12-acetylierung die epigenetische Signatur des alternden Hippokampus ist."

ORIGINALVERÖFFENTLICHUNG:
ALTERED HISTONE ACETYLATION IS ASSOCIATED WITH AGE-DEPENDENT MEMORY IMPAIRMENT IN MICE, Peleg, Sananbenesi, Zovoilis et al., SCIENCE, May 7th, 2010

http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/328/5979/753

WEITERE INFORMATIONEN
European Neuroscience Institute Göttingen (ENI-G)
Nachwuchsgruppe Experimentelle Neuropathologie
Dr. André Fischer
Telefon +49 / 551 / 39-10378
afische2@gwdg.de
Grisebachstr. 5, D-37077 Göttingen

Stefan Weller | idw
Weitere Informationen:
http://www.gwdg.de
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/328/5979/753

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Krebsdiagnostik: Pinkeln statt Piksen?
25.05.2018 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Kugelmühlen statt Lösungsmittel: Nanographene mit Mechanochemie
25.05.2018 | Technische Universität Dresden

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: Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

Je mehr die Elektronik Autos lenkt, beschleunigt und bremst, desto wichtiger wird der Schutz vor Cyber-Angriffen. Deshalb erarbeiten 15 Partner aus Industrie und Wissenschaft in den kommenden drei Jahren neue Ansätze für die IT-Sicherheit im selbstfahrenden Auto. Das Verbundvorhaben unter dem Namen „Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 7,2 Millionen Euro gefördert. Infineon leitet das Projekt.

Bereits heute bieten Fahrzeuge vielfältige Kommunikationsschnittstellen und immer mehr automatisierte Fahrfunktionen, wie beispielsweise Abstands- und...

Im Focus: Powerful IT security for the car of the future – research alliance develops new approaches

The more electronics steer, accelerate and brake cars, the more important it is to protect them against cyber-attacks. That is why 15 partners from industry and academia will work together over the next three years on new approaches to IT security in self-driving cars. The joint project goes by the name Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) and has funding of €7.2 million from the German Federal Ministry of Education and Research. Infineon is leading the project.

Vehicles already offer diverse communication interfaces and more and more automated functions, such as distance and lane-keeping assist systems. At the same...

Im Focus: Mit Hilfe molekularer Schalter lassen sich künftig neuartige Bauelemente entwickeln

Einem Forscherteam unter Führung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, spezielle Moleküle mit einer angelegten Spannung zwischen zwei strukturell unterschiedlichen Zuständen hin und her zu schalten. Derartige Nano-Schalter könnten Basis für neuartige Bauelemente sein, die auf Silizium basierende Komponenten durch organische Moleküle ersetzen.

Die Entwicklung neuer elektronischer Technologien fordert eine ständige Verkleinerung funktioneller Komponenten. Physikern der TU München ist es im Rahmen...

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Im Fokus: Klimaangepasste Pflanzen

25.05.2018 | Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

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

Berufsausbildung mit Zukunft

25.05.2018 | Unternehmensmeldung

Untersuchung der Zellmembran: Forscher entwickeln Stoff, der wichtigen Membranbestandteil nachahmt

25.05.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

25.05.2018 | Informationstechnologie

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