Ansammlungen von Polyglucosankörpern haben keinen Einfluss auf die Gehirnfunktion

Ein internationales Forschungsteam hat herausgefunden, dass das Altern – ähnlich wie beim Menschen – zu einer Anhäufung defekter Energiemoleküle – der Polyglucosankörper – im Gehirn alternder Mäuse führt. Sie identifizierten die verantwortliche Gensequenz und zeigten außerdem, dass diese Anreicherung die Gehirnfunktion nicht beeinträchtigt.

In einer kürzlich in „Cell Systems“ veröffentlichten Studie untersuchte ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Dennis de Bakker vom Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz Lipmann Institut in Jena und Prof. Robert W. Williams von der University of Tennessee Health Science Center, Memphis, USA, wie sich Astrozyten während des Alternsprozesses verändern. Diese Zellen fungieren auch als Energiespeicher, denn sie können Energie in Form von Glykogen speichern, einem schnell verfügbaren Zuckervorrat, der bei Bedarf, beispielsweise wenn Nervenzellen besonders aktiv sind, rasch freigesetzt werden kann. Mit zunehmendem Alter kommt es jedoch häufiger zu wenig verzweigten Glykogenmolekülen, die schwerer abbaubar sind und stattdessen als Klumpen gespeichert werden, die auch als Polyglucosankörper bezeichnet werden. Diese ungewöhnlichen Strukturen können im gesamten Gehirn auftreten, kommen jedoch besonders häufig im Hippocampus vor, einer Region des Gehirns, die für das Lernen und Gedächtnis besonders wichtig ist.

Alternde Gehirnzellen verändern ihre Energiespeicherung

Die Forschenden konnten zeigen, dass sich bei alten Mäusen in den Astrozyten des Hippocampus vermehrt wenig verzweigtes Glykogen ansammelt. Allerdings nicht gleichmäßig verteilt, sondern in Polyglucosankörpern. Entsprechend dem genetischem Hintergrund der Mäuse treten diese Polyglucosankörper mit unterschiedlicher Häufigkeit auf. „Wir konnten beobachten, dass manche Tiere mit zunehmendem Alter besonders viele dieser Glykogenaggregate bildeten, während andere fast gar keine aufwiesen“, erklärt de Bakker. „Alleine die genetischen Unterschiede reichten aus, um diesen Effekt um ein Vielfaches zu verstärken.“ 

Speicherung von fehlerhaftem Glykogen wird durch Abschnitt auf Chromosom 1 beeinflusst

Durch den Vergleich zahlreicher genetisch definierter Mauslinien kamen die Forschenden zu einem klaren Ergebnis: Ein bestimmter Abschnitt im Erbgut der Mäuse, auf dem Chromosom 1, beeinflusst maßgeblich, wie sich im Alter der Energiespeicher in den Astrozyten verändert. Dieser Gen-Lokus wirkt wie eine Art Schalter, der das Ausmaß der Belastung durch Polyglucosankörper bestimmt. Interessant ist, dass nicht die Nervenzellen selbst davon betroffen sind, sondern ausschließlich ihr unterstützendes Umfeld. Da Astrozyten für den Gehirn-Stoffwechsel unverzichtbar sind, wurden Veränderungen in ihnen oft als Warnsignal für eine spätere Erkrankung interpretiert.

„Lange Zeit ging man davon aus, dass derartige Ablagerungen im Gehirn ein Anzeichen für den beginnenden Funktionsverlust oder eine nahende Erkrankung sind“, erläutert Williams. „Unsere Forschungsergebnisse zeigen jedoch, dass das nicht zwangsläufig der Fall sein muss.“

Keine messbaren Auswirkungen auf Gedächtnis und kognitive Funktionen

Das vielleicht überraschendste Ergebnis der Studie ist, dass selbst stark ausgeprägte Polyglucosankörper-Ansammlungen keine messbaren Auswirkungen auf die Gehirnfunktion der Tiere hatten, sind sich die Co-Erstautoren Alicia Gómez-Pascual und Dow M. Glikman einig. In einer Reihe von Verhaltenstests zu Gedächtnis, Lernfähigkeit und räumlicher Orientierung erzielten die Mäuse mit vielen Aggregaten vergleichbare Ergebnisse wie Tiere ohne Polyglucosankörper. Das deutet darauf hin, dass die beobachteten, zellulären Veränderungen Teil des normalen, genetisch-bedingten Alternsprozesses sind und nicht zwangsläufig pathologisch.

„Altern bedeutet Veränderung, aber nicht jede Veränderung im Alter ist auch automatisch schädlich“, erklärt de Bakker. „Unsere Daten zeigen, dass das Gehirn überraschend robust und widerstandsfähig gegenüber bestimmten biochemischen Veränderungen ist.“

Relevanz für die Alterns- und Demenzforschung

„Die Herausforderung besteht nun darin, diese gewonnenen Erkenntnisse in neue Therapeutika umzusetzen, die sowohl den normalen alternsbedingten kognitiven Verfall als auch die weitaus schwerwiegenderen Krankheiten bekämpfen, die das Gedächtnis und die Funktionen des Gehirns beeinträchtigen“, fasst Williams zusammen.

Die Studie hilft den Autoren zufolge dabei, alternsbedingte Veränderungen im Gehirn neu einzuordnen, denn in der Alterns- und Demenzforschung ist es wichtig, präzise zu unterscheiden, ob die Veränderungen tatsächlich zu einer Erkrankung beitragen oder lediglich eine Begleiterscheinung des normalen Alternsprozesses sind.

„Langfristig könnten unsere neuen Erkenntnisse dazu beitragen, Fehlinterpretationen von alternsbedingten Veränderungen zu vermeiden und sich stärker auf diejenigen Mechanismen zu konzentrieren, die die Gehirnfunktion tatsächlich beeinträchtigen. Dieses grundlegende Verständnis, welche Veränderungen harmlos sind und welche nicht, sollte es ermöglichen, gezielter nach den wirklich problematischen Prozessen zu suchen“, so das Forschungsteam.

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