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Neue Perspektiven für Patienten mit Gehirnverletzungen

04.12.2013
Neue Erkenntnisse über Stoffwechselprozesse in entzündetem Nervengewebe bieten neue Perspektiven für viele Patienten mit einem Hirntrauma.

Die Forschungsergebnisse von Dr. Matteo Bergami, Exzellenzcluster CECAD an der Universität zu Köln, in Kooperation mit einem internationalen Wissenschaftlerteam, öffnen den Weg zu einem tieferen Verständnis der Prozesse, die in beschädigtem Nervengewebe stattfinden, insbesondere in den sog. Astrozyten. Die aktuelle Studie zeigt, dass Entzündungen im Nervengewebe Veränderungen in den Mitochondrien der Astrozyten und die Fragmentierung der Mitochondrien auslösen können.

In einem gemeinsamen Kooperationsprojekt konnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Exzellenzcluster aus Köln (CECAD) und München sowie von der Universität Bologna (Italien) neue Einblicke in den Stoffwechselprozess von verletztem Gehirngewebe gewinnen. Der Forschungs-Schwerpunkt liegt auf den sog. Astrozyten, Zellen im zentralen Nervensystem, die den Energie-Stoffwechsel und die Funktion der Synapsen regulieren. Aufgrund ihrer wichtigen physiologischen Funktion im gesunden Gehirn haben Wissenschaftler erforscht, wie Astrozyten ihre Stoffwechselprozesse als Reaktion auf entzündetes Nervengewebe verändern.

Diese Entzündungen können durch akute Verletzungen, Schlaganfall oder neurodegenerative Erkrankungen ausgelöst werden. Das verdeutlicht, dass es sich bei dem Ausfall der Reaktionsfähigkeit der Astrozyten während einer Entzündung um einen essentiellen Aspekt bei den meisten Erkrankungen des Gehirns handelt, der die Symptomatik verschlimmert und möglicherweise auch die Neurodegeneration beschleunigt.

Bislang wurde angenommen, dass alle Zellen des Nervensystems in gleicher Weise auf akute Hirntrauma reagieren. Dr. Bergami und sein Wissenschaftlerteam entdeckten nun, dass Astrozyten innerhalb verschiedener Zonen der Verletzung unterschiedlich auf entzündliche Prozesse reagieren. Diese Reaktionsfähigkeit beeinflusst insbesondere die Funktion der Mitochondrien, den ‘Kraftwerken der Zelle’.

Die Funktion der Mitochondrien ist von zwei verschiedenen Dynamiken abhängig: Verschmelzung und Spaltung. Diese beiden Reaktionen sind der Schlüssel für die Aufrechterhaltung der mitochondrialen Architektur und Funktion. Eine fehlerhafte Regulation der mitochondrialen Dynamik resultiert in einer Störung der Mitochondrienfunktion, die wiederum zu Zellalterung führt und eine Reihe von neurodegenerativen Erkrankungen auslösen kann.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler konnten zeigen, dass die Mitochondrien der Astrozyten im Zentrum der verletzten, stark entzündeten Hirnregion eine Beschleunigung der Tendenz zur Spaltung aufweisen, die zu ihrer Fragmentierung führt. Im Gegensatz dazu verschmelzen viele der Mitochondrien in den umgebenden Bereichen.

Darüber hinaus entdeckten die Wissenschaftler einen entscheidenden Stoffwechselprozess, der die Mitochondrienfunktion der Astrozyten reguliert. Dr. Bergami und sein Team konnte zeigen, dass die sog. Autophagie, ein Prozess der Selbstverdaung von Zellbestandteilen, die Aufrechterhaltung der Mitochondrien-Struktur gefährdet. Im Gegensatz zu Neuronen, überleben Astrozyten überraschenderweise auch bei einer akuten Entzündung. Die neue Studie zeigt, dass Autophagie der wichtigste Mechanismus in der Widerstandskraft ist. Wenn die Autophagie abnimmt, verlieren Astrozyten ihre Fähigkeit ihr Netzwerk zu regenerieren – das führt zum Zelltod der Astrozyten.

Obwohl die Reorganisation von Stoffwechselprozessen, die durch Entzündungen ausgelöst werden, hinter den Einfluss der Mitochondrien zurücktritt, zeigen diese Erkenntnisse deutlich, dass die Mitochondrienfunktion essentiell für das Überleben der Astrozyten ist. Darüberhinaus konnten Dr. Bergami und sein Team neue Erkenntnisse gewinnen, die ein besseres Verständnis von der Reaktion der Gehrinzellen in entzündlichen Prozessen ermöglichen. Eine weitere Spezifizierung dieser Stoffwechselprozesse wird zukünftig den Wissenschaftlern ermöglichen, Neurone vor dem Zelltod durch akute oder chronische Entzündungen zu schützen. Das wird möglicherweise die Entwicklung neuer Therapien initiieren, um neue Perspektiven für Patienten mit Hirntrauma oder Schlaganfall zu finden, mit dem Ziel, die Hirnfunktion zu erhalten und die Lebensqualität der Patienten zu verbessern.

Kontakt:
Dr. Matteo Bergami
Exzellenzcluster CECAD, Universität zu Köln
Tel. +49 (0) 221 478 841 71
matteo.bergami@uk-koeln.de
Astrid Bergmeister
Leiterin CECAD PR & Marketing
Tel. + 49 (0) 221-478-84043
astrid.bergmeister@uk-koeln.de

Astrid Bergmeister | idw
Weitere Informationen:
http://www.uk-koeln.de
http://www.cecad.uni-koeln.de

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