Oxidativer Stress im Gehirn: Forscher finden frühe Spur zu Alzheimer
Oxidativer Stress stört im Gehirn den Abbau von Proteinen. Eine Studie zeigt: Dieser frühe Prozess könnte Alzheimer begünstigen.
Forschende aus Jena zeigen, dass oxidativer Stress bei der Gehirnalterung wichtige Enzyme für den Proteinabbau ausbremst. Dadurch sammelt sich in den Nervenzellen mehr Zell-Müll an. (Symbolbild) © Pexels
Mit dem Alter verändert sich das Gehirn Schritt für Schritt. Nervenzellen arbeiten weniger effizient, und wichtige Kontrollsysteme in den Zellen geraten aus dem Gleichgewicht. Besonders betroffen ist die Eiweißkontrolle: Sie sorgt normalerweise dafür, dass Proteine richtig verarbeitet, repariert oder abgebaut werden. Läuft dieser Prozess nicht mehr sauber, sammelt sich eine Art Zell-Müll an – lange bevor erste Symptome wie Vergesslichkeit oder Orientierungslosigkeit auffallen.
Bei dieser Eiweißkontrolle fanden Forscher nun eine neue Spur. Im Fachjournal Nature Communications beschreiben sie, warum die Gehirnalterung schon früh auf Zellebene an Fahrt aufnimmt. Der Schlüssel ist oxidativer Stress im Gehirn: In den Zellen entstehen schädliche Sauerstoffmoleküle, die der Körper nicht mehr ausreichend neutralisieren kann.
Das Team vom Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut e.V. (FLI) in Jena und der Medizinischen Hochschule Potsdam zeigt, dass oxidativer Stress wichtige Enzyme ausbremst. Überraschend ist dabei: Diese Blockade scheint nicht dauerhaft zu sein.
Gehirnalterung startet lange vor ersten Symptomen
Eine wichtige Rolle im Gehirn spielen dabei sogenannte Deubiquitylasen, kurz DUBs. Das sind Enzyme, die wie kleine Kontrolleure in der Zelle arbeiten. Sie entfernen Ubiquitin-Markierungen von Proteinen.
Ubiquitin kann man sich wie ein Etikett vorstellen. Es zeigt der Zelle an, was mit einem Protein passieren soll: weiterverwenden, reparieren oder abbauen. Wenn DUBs nicht mehr richtig arbeiten, gerät diese Sortierung durcheinander. Dann bleiben beschädigte Proteine länger in der Zelle und können sich ansammeln.
Solche Ablagerungen gelten als frühes Problem bei Erkrankungen des Nervensystems, etwa Alzheimer oder Parkinson.
Die Enzyme verschwinden nicht – sie arbeiten schlechter
Die Forscher untersuchten Gehirne von Mäusen, Killifischen sowie menschliche Nervenzellen aus Zellmodellen. Das Ergebnis fiel deutlich aus: In alten Gehirnen sank die Aktivität dieser Enzyme im Schnitt um rund 40 Prozent.
Wichtig ist dabei ein Detail: Die Enzyme waren weiterhin vorhanden. Ihre Menge blieb oft gleich. Nur ihre Funktion nahm ab. Die Blockade entstand durch chemische Veränderungen an empfindlichen Cystein-Stellen der Enzyme. Diese wirken wie eine Art molekularer Rost.
In den Versuchen mit Mäusen zeigte sich: Viele dieser Enzyme arbeiteten im Alter deutlich schlechter. In einer ersten Testreihe betraf das rund ein Drittel der untersuchten Enzyme, in einer zweiten sogar etwas mehr. Dr. Alessandro Ori, ehemaliger Gruppenleiter am FLI und Erstautor der Studie, erklärt: „Wir sehen, dass oxidativer Stress eine regulierende Wirkung hat und wie eine Bremse wirkt, um die zentralen Enzymfunktionen gezielt zu verlangsamen.“
Oxidativer Stress stört den inneren Reinigungsdienst
Der Auslöser liegt offenbar bei oxidativem Stress. Dabei entstehen bei ganz normalen Stoffwechselprozessen, aber auch durch Entzündungen oder äußere Einflüsse wie Schadstoffe, aggressive Sauerstoffverbindungen, die empfindliche Zellstrukturen angreifen. Besonders betroffen sind bestimmte Cystein-Stellen an den DUB-Enzymen.
Das hat Folgen für das gesamte Ubiquitin-Proteasom-System. Dieses System übernimmt den Abbau fehlerhafter Proteine. Wenn es stockt, sammelt sich immer mehr Zell-Müll an. Dadurch gerät die sogenannte Proteinhomöostase aus dem Gleichgewicht – also das natürliche Gleichgewicht von Aufbau, Reparatur und Abbau von Proteinen.
Besonders spannend: Die DUB-Aktivität sank bei Mäusen schon ab etwa 18 Monaten. Das eigentliche Proteasom wurde erst später schwächer, nämlich nach 24 Monaten. Amit Kumar Sahu, Doktorand am FLI sagt: „Besonders auffällig ist, dass diese Veränderungen sehr früh im Alternsprozess auftreten, noch bevor andere Teile des Proteinabbausystems beeinträchtigt sind.“
Ein Antioxidans konnte die Bremse wieder lösen
Dann prüfte das Team, ob sich dieser Prozess wieder umkehren lässt. Alte Mäuse im Alter von 22 bis 24 Monaten bekamen zwölf Tage lang das Antioxidans NACET über das Trinkwasser. NACET steht für N-Acetylcysteinethylester.
Dabei handelt es sich um ein kleines antioxidativ wirkendes Molekül. Es liefert dem Körper Cystein, eine wichtige Vorstufe für das körpereigene Antioxidans Glutathion. Dieses schützt Zellen vor oxidativem Stress. Die Dosis lag bei 50 Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag. Danach verbesserten sich mehrere wichtige Werte:
- Die Zahl freier Schutzmoleküle im Gehirn stieg
- Die Aktivität der DUB-Enzyme nahm wieder zu
- Problematische Ubiquitin-Ketten wurden reduziert
- Das Proteasom arbeitete wieder besser
Thorsten Pfirrmann, Professor für Biochemie an der Medizinischen Hochschule Potsdam erklärt: „Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Nachlassen der DUB-Aktivität aufgrund der Cystein-Oxidation kein irreversibler Schaden ist, sondern vielmehr eine pharmakologisch reversible Einschränkung der Enzymfunktion.“
Was das für Alzheimer bedeutet
Noch ist das keine Therapie gegen Alzheimer. Die Versuche liefen an Tieren und Zellmodellen, nicht an Menschen. Niemand kann daraus ableiten, dass Nahrungsergänzungsmittel das Gehirn verjüngen. Trotzdem ist der Befund wichtig, weil er einen sehr frühen Mechanismus sichtbar macht. Die Gehirnalterung beginnt offenbar nicht erst mit dem Absterben von Nervenzellen, sondern schon viel früher mit einem gestörten Recycling-System in den Zellen.
Die Wissenschaftler schreiben dazu: „Wir haben ein mögliches frühes Ziel im molekularen Alternsprozess des Gehirns identifiziert“, das für die Stabilität der zellulären Qualitätskontrolle wichtig sei. Für die Forschung ist das ein wichtiger Punkt. Wenn sich diese frühe molekulare Bremse gezielt beeinflussen lässt, könnten künftige Therapien deutlich eher ansetzen als bisher.
Kurz zusammengefasst:
- Oxidativer Stress im Gehirn kann wichtige Enzyme ausbremsen, die normalerweise beim Sortieren und Abbauen beschädigter Proteine helfen.
- Dadurch bleibt mehr „Zell-Müll“ zurück; eine Studie sieht darin einen frühen Prozess der Gehirnalterung, der lange vor Symptomen beginnen kann.
- In Versuchen mit alten Mäusen konnte ein Antioxidans diese Blockade teilweise lösen – für Menschen ist daraus aber noch keine Therapie ableitbar.
Übrigens: Auch neue Alzheimer-Medikamente, die Amyloid-Ablagerungen im Gehirn sichtbar verringern, bringen vielen Betroffenen im Alltag kaum spürbare Vorteile – dafür steigen Risiken wie Hirnschwellungen deutlich. Warum Fachleute trotz großer Hoffnungen jetzt deutlich vorsichtiger urteilen, mehr dazu in unserem Artikel.
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