An Parkinson beteiligtes Protein reist vom Hirn zum Magen

DZNE-Forscher haben bei Laboruntersuchungen herausgefunden, dass das an der Parkinson-Erkrankung beteiligte Protein „Alpha-Synuclein“ vom Gehirn zum Magen gelangen kann. Dabei nutzt es den „Nervus Vagus“ als Transportweg. Diese Aufnahme zeigt Fasern des Nervus Vagus einer Ratte (grün). Eine dieser Fasern (orange-rot, markiert mit weißen Pfeilen) enthält Alpha-Synuclein auf dem Weg zum Magen. Quelle: DZNE/Ayse Ulusoy

Alpha-Synuclein kommt im Nervensystem natürlicherweise vor und spielt eine wichtige Rolle für die Funktion der Synapsen. So werden die Verbindungsstellen genannt, über die Nervenzellen miteinander kommunizieren. Doch bei Parkinson, Lewy-Körperchen-Demenz und anderen neurodegenerativen Erkrankungen, die als „Synucleinopathien“ bezeichnet werden, sammelt sich das Protein in Nervenzellen an und bildet abnorme Aggregate.

Im Laufe der Erkrankung werden bestimmte Bereiche des Gehirns immer weiter von dieser Entwicklung erfasst. Wenig weiß man über die Mechanismen und Wege, die an dieser Verbreitung der Krankheitsmerkmale beteiligt sind. Untersuchungen legen jedoch nahe, dass Alpha-Synuclein – oder eine krankhafte Version des Proteins – von einer Nervenzelle zur anderen gelangen kann und sich somit über miteinander verbundene Regionen des Nervensystems verteilt.

Schäden durch Alpha-Synuclein wurden auch im peripheren Nervensystem beobachtet – etwa in Nervenzellen der Magenwand. Bei einigen Parkinson-Patienten wurden solche Schäden im frühen Krankheitsstadium festgestellt. „Auf Grund dieser bemerkenswerten Beobachtungen wurde die Vermutung aufgestellt, dass der pathologische Prozess, der der Parkinson‘schen Krankheit zugrunde liegt, tatsächlich im Magen-Darm-Trakt beginnt und von dort auf das Gehirn übergeht“, so Professor Di Monte.

„Unser Ansatz war es nun, diese Fernübertragung von Alpha-Synuclein aus der entgegengesetzten Perspektive zu betrachten. Wir haben untersucht, ob die Möglichkeit besteht, dass Alpha-Synuclein vom Gehirn zum Verdauungssystem reisen kann.“

Versuchssituation

Di Monte und seine Kollegen testeten diese Hypothese in einer Laborstudie. Dazu schleusten sie per maßgeschneidertem Virus-Teilchen den Bauplan der menschlichen Variante von Alpha-Synuclein gezielt in Nervenzellen des Mittelhirns von Ratten. Infolgedessen begannen diese Zellen große Mengen des fremden Proteins herzustellen. „Einige Formen von Parkinson gehen mit einer Überproduktion von Alpha-Synuclein einher. Unser Modell ahmt daher Geschehnisse nach, die für den Menschen wahrscheinlich relevant sind“, so Di Monte.

Gewebeanalysen von Forscherkollegen der US-amerikanischen Purdue University ergaben, dass das Protein vom Mittelhirn bis in Nervenendigungen in der Magenwand vordringen konnte. Weitere Untersuchungen im Labor von Di Monte konnten den genauen Weg nachzeichnen: Das Protein gelangte zunächst vom Mittelhirn zur „Medulla oblongata“, dem untersten Bereich des Hirnstamms.

In der Medulla oblongata, wurde es innerhalb von Nervenzellen nachgewiesen, deren lange Fortsätze den „Nervus Vagus“ bilden. Dieses Nervenbündel verbindet das Gehirn mit einer Vielzahl innerer Organe. Das menschliche Alpha-Synuclein folgte diesen Nervenleitungen bis zum Magen, den es etwa sechs Monate nach Herstellung im Mittelhirn erreichte. Das Molekül sammelte sich in Nervenendigungen in der Magenwand an. Dort fanden die Forscher auch Anzeichen neuronaler Schäden.

Vom Hirn zum Magen auf speziellen Wegen

„Unsere Studie zeigt, dass Alpha-Synuclein ziemlich weit durch den Körper reisen kann. Es ist dazu fähig, von einer Nervenzelle zur anderen zu gelangen und lange Nervenfasern als Transportwege zu nutzen“, sagt Di Monte. „Unsere Ergebnisse schließen nicht aus, dass Erkrankungen, die mit Alpha-Synuclein assoziiert sind, im Verdauungssystem entstehen können. Dies kann bei einigen Patienten der Fall sein. Unsere Ergebnisse weisen jedoch darauf hin, dass krankhaftes Alpha-Synuclein, das außerhalb des Gehirns nachgewiesen wird, nicht unbedingt den Ausgangspunkt der Erkrankung markiert.“

Die Studie zeigt zudem, dass Alpha-Synuclein bei seiner Reise entlang des Nervus Vagus eine bestimmte Route bevorzugt. Der Nervus Vagus besteht nämlich aus zwei Arten von Nervenfasern: 10 bis 20 Prozent der Fasern sind „efferent“, die restlichen 80 bis 90 Prozent sind „afferent“. Efferente Fasern sind Fortsätze von Nervenzellen, die die Magen-Darm-Bewegung steuern. Afferente Fasern hingegen übermitteln Sinneseindrücke vom Verdauungssystem zum Gehirn. Die Forscher stellten fest: Für seine Reise vom Gehirn zum Magen nutzte Alpha-Synuclein nur die relativ seltenen efferenten Fasern.

„Das ist recht bemerkenswert“, sagt Di Monte. „Es zeigt, dass die Übertragung von Alpha-Synuclein nicht nur eine Frage anatomischer Verbindungen ist. Bestimmte Nervenzellen scheinen eine besondere Neigung zu haben, Alpha-Synuclein aufzunehmen, zu transportieren und anzuhäufen. Wir kennen die genauen Mechanismen nicht, die diesem selektiven Verhalten der Nervenzellen zugrunde liegen. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass diese Mechanismen erklären könnten, wieso bestimmte Gruppen von Nervenzellen und bestimmte Hirnregionen besonders anfällig sind für die Alpha-Synuclein-Pathologie. Das wollen wir in weiteren Studien untersuchen.“

Förderung
Diese Studie wurde von der Paul Foundation, den Centers of Excellence in Neurodegeneration Research (CoEN) und dem National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases unterstützt.

Originalveröffentlichung
„Brain-to-stomach transfer of α-synuclein via vagal preganglionic projections”, Ayse Ulusoy, Robert J. Phillips, Michael Helwig, Michael Klinkenberg, Terry L. Powley, Donato A. Di Monte, Acta Neuropathologica, DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s00401-016-1661-y

Das Deutsche Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen e. V. (DZNE) erforscht die Ursachen von Erkrankungen des Nervensystems und entwickelt Strategien zur Prävention, Therapie und Pflege. Es ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren mit Standorten in Berlin, Bonn, Dresden, Göttingen, Magdeburg, München, Rostock/Greifswald, Tübingen und Witten. Das DZNE kooperiert eng mit Universitäten, deren Kliniken und außeruniversitären Forschungseinrichtungen.
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