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Neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson und Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) betreffen alle das Gehirn. Sie können Symptome verursachen, die von Demenz bis hin zu Lähmungen reichen.
„Das Projekt RobustSynapses befasste sich mit einem der größten ungelösten medizinischen Probleme – der Tatsache, dass es für keine dieser schweren neurodegenerativen Erkrankungen eine Heilung gibt“, erklärt der Hauptforscher von RobustSynapses, Patrik Verstreken, wissenschaftlicher Leiter und Gruppenleiter am VIB Center for Brain & Disease Research an der KU Leuven, Belgien. „Um dieser Herausforderung zu begegnen, wollten wir das Frühstadium dieser Krankheiten genauer unter die Lupe nehmen.“
Wirksamere Behandlungen
Konkret konzentrierte sich das EU-finanzierte Projekt RobustSynapses auf die Synapsen. Diese kleinen Verbindungen, die zwischen den Enden von Nervenzellen im Gehirn bestehen, ermöglichen die Weiterleitung von Signalen von einem Neuron zum nächsten. Synapsen sind daher entscheidend für die Funktion des Gehirns. Sie sind auch oft der erste Ort, der beim Fortschreiten einer neurodegenerativen Erkrankung betroffen ist.
In diesem vom Europäischen Forschungsrat geförderten Projekt wollte Verstreken ein besseres Verständnis dafür gewinnen, wie genau diese Synapsen funktionieren und was dazu führen könnte, dass es zu Störungen kommt. Seine Hypothese war, dass diese Erkenntnisse es der Medizin eines Tages ermöglichen könnten, das Fortschreiten von Krankheiten früher zu erkennen und gezielter einzugreifen. Dies könnte zu wirksameren Behandlungen führen und die Probleme der Betroffenen zu einem späteren Zeitpunkt lindern.
Das Projektteam untersuchte zunächst mit neuartigen Methoden der Genomeditierung, was an den Synapsen von Fruchtfliegen geschieht. „Dabei fanden wir heraus, dass es spezifische Mechanismen an der Synapse gibt, die erforderlich sind, um dysfunktionale Ablagerungen zu entfernen“, so Verstreken weiter. „Geschieht dies nicht, versagen die Synapsen und verursachen Probleme.“
Als nächstes wandte das Team diese Erkenntnisse in vitro auf menschliche Neuronen an, die aus den Hautzellen von Patientinnen und Patienten generiert wurden. Diese Verbindung von Ansätzen ermöglichte es dem Projektteam, synaptische Prozesse zunächst am lebenden Organismus zu untersuchen und dann ihre Entdeckungen in menschlichen Nervenzellen zu bestätigen – oder auch nicht.
Eine wichtige Erkenntnis, die durch diese beiden Ansätze bestätigt wurde, war, dass Probleme an den Synapsen durch einen Prozess namens „synapsenspezifische Autophagie“ verursacht werden. Diese Entdeckung könnte, so Verstreken, neue Möglichkeiten für therapeutische Ziele bei der Behandlung neurologischer Erkrankungen schaffen. „Eine unserer spannendsten Innovationen war die Entwicklung von Instrumenten, die in die Defekte eingreifen, die durch diesen Prozess an synaptischen Kontakten verursacht werden, einschließlich des kognitiven Verfalls“, sagt er. „Wir arbeiten jetzt weiter daran, in der Hoffnung, echte therapeutische Interventionen zu entwickeln.“
Spannende Forschungsmöglichkeiten
Diese Arbeit wird in Verstrekens Labor zügig fortgesetzt. „Zunächst verwenden wir Ansätze mit einzelnen Zellen, um zu definieren, welche Zellen im Gehirn am meisten von den aufgedeckten synaptischen Prozessen betroffen sind“, erklärt er. „Eine interessante Entdeckung war es, herauszufinden, warum von Parkinson betroffene Menschen unter Schlafproblemen leiden.“
Verstreken plant, diese spezielle Forschungsrichtung in Zukunft auszuweiten und nach weiteren betroffenen Zellen im Gehirn von Patientinnen und Patienten zu suchen. Diese können dann in entsprechenden Systemen im Labor modelliert werden, entweder, wie bei diesem Projekt, in lebenden Tieren oder in menschlichen, aus Hautzellen gewonnenen Neuronen.
„Außerdem haben wir, wie bereits erwähnt, einen Weg gefunden, die Auswirkungen der ‚synaptischen Autophagie‘ zu beeinflussen“, so Verstreken weiter. „Wir können dies durch die Manipulation von Proteinen erreichen, die zentral für diesen Prozess sind und die auch ein Risiko für die Parkinsonerkrankung darstellen, wenn sie bei Betroffenen mutiert sind. Gemeinsam mit unseren Partnern aus der Industrie entwickeln wir nun wirksame Instrumente, um dies zu erreichen.“
Die spannenden Forschungsmöglichkeiten, die durch das RobustSynapses-Projekt entstanden sind, haben das Tor für neue Ansätze im Bereich neurodegenerativer Erkrankungen geöffnet. Im Hinblick auf die Tatsache, dass es derzeit keine Heilung gibt, könnte die Bestimmung möglicher neuer Wege für neuartige Behandlungsmethoden einen enorm positiven Effekt für die Menschheit haben. „Angesichts der großen Anzahl von Menschen, die an Neurodegeneration leiden, könnten die Auswirkungen beträchtlich sein“, schließt Verstreken.