Seiteninterne Suche

FAU aktuell

Zelluläre Kraftwerke regulieren Gehirnstammzellen

Foto: R. Beckervordersandforth

Die Aktivität von Stammzellen erfordert präzise Regulierung. Ein Forscherteam der Professur für Molekulare Medizin mit dem Schwerpunkt Molekulare Bildgebung am Institut für Biochemie hat herausgefunden, dass Mitochondrien, die Kraftwerke der Zellen, eine wichtige Rolle in der Steuerung von Stammzellen im Gehirn und in der Entstehung neuer Nervenzellen spielen. Die Wissenschaftler um Prof. Chichung Lie und Dr. Ruth Beckervordersandforth konnten außerdem zeigen, dass verbesserte Mitochondrienfunktion im Alter zur Verbesserung der Gehirnleistung führt. Die Ergebnisse sind jetzt im renommierten Fachmagazin „Neuron“ veröffentlicht worden.

Mitochondrialer Metabolismus beeinflußt die Entstehung neuer Neurone im erwachsenen Hippokampus und spielt eine wichtige Rolle im Alterungsprozess

Im erwachsenen Gehirn werden unter normalen Umständen keine neuen Nervenzellen mehr gebildet. Der Hippokampus, eine Struktur, die für Gedächtnis und Lernprozess verantwortlich ist, bildet die Ausnahme dieser Regel. Hier entstehen zeitlebens aus Stammzellen neue Nervenzellen, die sich in bestehende Netzwerke integrieren und eine wichtige Funktion in der Plastizität des Gehirns übernehmen. Mit zunehmendem Alter nimmt die Neubildung von Nervenzellen („Neurogenese“) ab, und es wird vermutet, dass die altersabhängige Abnahme der Neurogenese zur Beeinträchtigung der Gehirnleistung beiträgt.

Mitochondrien werden gemeinhin als die Kraftwerke von Zellen bezeichnet und dienen als Reaktionsstätten für zentrale Stoffwechselprozesse. Interessanterweise unterscheiden sich die Zelltypen des Körpers in ihrer Abhängigkeit von bestimmten Stoffwechselprozessen. Über die genetische Inaktivierung von zentralen mitochondrialen Enzymkomplexen in Mäusen konnten die Forscher nachweisen, dass die Entstehung und die Ausreifung neugebildeter Neurone von der mitochondrialen Atmungskette und oxidativen Phosphorylierung abhängig ist und durch Fehlfunktion dieser Stoffwechselwege enorm beeinträchtigt wird. Während Stammzellen von diesen Stoffwechselwegen unabhängig sind, muss ein Umschalten auf Aktivität der mitochondrialen Atmungskette und oxidativen Phosphorylierung in neuronal determinierten Vorläuferzellen erfolgen. Ohne diese Umschaltung des Stoffwechselprogramms können die neugeborenen Neurone nicht überleben, erklärt Prof. Dr. D. C. Lie:

Damit konnten wir einen bisher unbekannten Mechanismus identifizieren, der zur Regulation adulter Neurogenese im Hippokampus beiträgt.

Interessanterweise weist der Effekt der gezielten genetischen Manipulation mitochondrialer Stoffwechselwege große Ähnlichkeiten mit den Auswirkungen auf, die fortschreitendes Alter auf die Entstehung neuer Nervenzellen hat. Diese Beobachtung führte zu der Vermutung, dass mitochondriale Fehlfunktion zur verminderten Neubildung von Neuronen im Altern führt und somit zum altersbedingten Abfall der Gehirnleistung beiträgt. Die wichtige Frage, die sich die Forscher nun stellten, war, inwiefern eine Verbesserung Mitochondrienfunktion zur Verbesserung der Gehirnleistung im Alter führen kann. Um dies zu testen, verabreichten die Forscher in Zusammenarbeit mit Prof. K. Friedland vom Institut für Pharmazie Piracetam, eine aus der Alzheimerforschung bekannte Substanz, die mitochondrialen Metabolismus in alternden Zellen nachweislich verbessert. Die mit Piracetam behandelten alten Mäuse wiesen eindrucksvolle Verbesserungen in der Entstehung und Ausreifung neugebildeter Nervenzellen im Hippokampus auf. Dr. R. Beckervordersandforth erläutert:

Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Verbesserung der Mitochondrienfunktion einen neuen möglichen Therapieansatz zur Behandlung von Alterserscheinungen im Gehirn darstellt.

Kooperationspartner an internationalen Standorten

Diese Studie entstand durch Kollaborationen mit Wissenschaftlern aus den USA (Baltimore), der Schweiz (Basel, Lausanne und Zürich) und Argentinien (Buenos Aires) sowie den deutschen Standorten Erlangen, München und Jena.

Weitere Informationen

Prof. Dr. D. Chichung Lie

Telefon: 09131/8524622