Neurodegeneration

Neue Rolle der Autophagosomen entschlüsselt

Durch den Nobelpreis für Medizin 2016 sind sie richtig bekannt geworden: Autophagosomen. Autophagosomen transportieren aber auch die Wachstumssignale wie BDNF aus als Axone bezeichneten Nervenzell-Fortsätzen rückwärts zum Zellkörper.

Neurodegenerative Veränderungen im Gehirn von Mäusen

Neurodegenerative Veränderungen im Gehirn von Mäusen, denen der Adapter zur Bindung des Autophagosomenmotors zum Transport von BDNF fehlt. Links: Schnitt durch den Kortex einer Wildtypmaus (WT) und einer Knockoutmaus (KO). Rechts: Vergrößerte Darstellung der Bilder links, die klar erkennbare Neurodegeneration (Pfeile) im Gehirn der Knockoutmaus zeigt. | FMP

Die Autophagosomen sind jene Membranbläschen, die in Zellen für die Müllentsorgung zuständig sind und gleichzeitig Nährstoffe liefern. Auch Forscher des Leibniz-Instituts für Molekulare Pharmakologie (FMP) in Berlin und des Forschungszentrums CECAD in Köln beschäftigen sich mit den Abbau- und Recyclingprozesssen und sind ihnen jetzt auf verblüffende Weise nahe gekommen: Es sind nämlich Autophagosomen, die Wachstumssignale wie BDNF aus als Axone bezeichneten Nervenzell-Fortsätzen rückwärts zum Zellkörper transportieren und so die Bildung neuer verzweigter Nervenfortsätze anregen und für das Überleben der Nervenzellen sorgen.

Fehlen führt zum Untergang von Nervenzellen

Fehlen diese Taxis, kommt es zum Untergang von Nervenzellen im Gehirn. Die neue Entdeckung wirft zum einen ein völlig neues Licht auf die Rolle der Autophagosomen, und zum anderen weckt sie Hoffnung auf neue Behandlungsmöglichkeiten für Alzheimer und andere neurodegenerative Erkrankungen. Die Ergebnisse der Arbeit wurden gerade erst publiziert.

Medizinnobelpreis

Den diesjährigen Nobelpreis für Medizin erhält der Japaner Yoshinori Ohsumi für die Entdeckung der Mechanismen der Autophagozytose.

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Dass Autophagosomen eine wichtige Bedeutung für unseren Körper haben, dürfte vielen Menschen seit der letzten Nobelpreisverleihung klar geworden sein. Dabei handelt es sich um eine Art Müllabfuhr, die zelleigene Abfälle in der Zelle transportiert und gleichzeitig die darin befindlichen Grundstoffe für die Zelle wieder verwertbar macht. Der japanische Zellforscher Yohinori Ohsumi erforschte als erster diesen Prozess der Autophagie und konnte in den 1990er Jahren die Gene dieses Abbau- und Recyclingprozessses in menschlichen Zellen bestimmen. Im Herbst 2016 hat er schließlich den Medizin-Nobelpreis für seine bahnbrechenden Arbeiten erhalten.

Autophagosomen als „Taxi“

Im Zusammenhang mit Alzheimer wird bislang vermutet, dass Autophagosomen für den Abbau verklumpter Proteine zuständig sind. Doch wie die Zusammenarbeit der Forscher vom Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) in Berlin und des Forschungszentrums CECAD an der Universität zu Köln nun zeigen konnte, ist das nicht ihre einzige Funktion: Eine bis dato unbekannte, aber möglicherweise ebenso bedeutsame Rolle kommt ihnen als „Taxi“ für die Übermittlung positiver Wachstumssignale wie des sogenannten „Brain Derived Neurotrophic Factor“ (BDNF) zu. Nimmt die Zahl der Taxis ab oder ist ihr Motor defekt, können auch weniger Wachstumssignale vermittelt werden und es kommt zum Untergang von Nervenzellen. An Gehirnen von Mäusen, denen ein Adapter für die Kopplung des Taxis an seinen Motor fehlt, konnten die Forscher deutliche morphologische Veränderungen beobachten, also neurodegenerative Veränderungen aller denkbaren Schweregrade, die letztlich zum Tod führen.

Identität des Taxis aufgeklärt

„Wir wussten zwar, dass es diese Taxis gibt und sie die BNDF-Signale rückwärts in die Nervenzelle fahren, aber nicht dass es sich dabei um Autophagosomen handelt“, erläutert FMP-Direktor Prof. Dr. Volker Haucke, der die Zusammenhänge zwischen Entwicklung des Nervensystems und Neurodegeneration schon seit längerem erforscht. „Somit spielen diese Recyclinghelfer bei neurodegenerativen Prozessen eine noch ganz andere Rolle als bislang vermutet“, ergänzt Dr. Natalia Kononenko, die Erstautorin der Studie, die seit 2015 die Forschungsgruppe „Molekulare und zelluläre Ursachen neurodegenerativer Erkrankungen“ an der Universität Köln leitet.