Die Parkinson-Krankheit ist eine neurodegenerative Störung, die Neuronen im Gehirn betrifft und motorische und nicht-motorische Symptome verursacht. Sie ist die zweithäufigste neurodegenerative Störung nach Alzheimer und die Zahl der Menschen, die mit Parkinson leben, soll bis 2040 auf 14 Millionen steigen.
Die Ablagerung eines Proteins namens Alpha-Synuclein innerhalb von Neuronen ist ein Schlüsselereignis bei der Parkinson-Krankheit und führt zur Störung der normalen Zellfunktion und zur Bildung von Aggregaten, den sogenannten Lewy-Körpern.
Forscher aus zwei Laboren an der EPFL haben eine Studie durchgeführt, um zu erforschen, wie Alpha-Synuclein den Stoffwechsel in Neuronen stört. Sie verwendeten hochmoderne Bildgebungstechniken, einschließlich NanoSIMS, um die Stoffwechselaktivität innerhalb der Zellen mit hoher Auflösung zu visualisieren.
Mit Hilfe genetisch veränderter Ratten, die menschliches Alpha-Synuclein überexprimierten, verglichen die Forscher Neuronen mit Alpha-Synuclein-Ablagerungen mit solchen in der gesunden Kontrollhemisphäre. Sie fanden signifikante Veränderungen im Kohlenstoffumsatz und in der Verteilung von Kohlenstoff zwischen den zellulären Kompartimenten.
Die Studie ergab auch, dass Alpha-Synuclein bestimmte Organellen, wie Mitochondrien und den Golgi-Apparat, beeinflusste, was zu abnormen Stoffwechselmustern und Funktionsstörungen der Mitochondrien und der Kommunikation zwischen den Organellen führte.
Die Forscher sind der Meinung, dass die Ergebnisse der Studie das Potenzial der NanoSIMS-Technologie zur Untersuchung frühzeitiger pathologischer Veränderungen in gefährdeten Neuronen infolge von Alpha-Synuclein-Ablagerungen zeigen, die direkt mit der Parkinson-Krankheit verbunden sind.
Einführung
Der Morbus Parkinson ist eine neurodegenerative Erkrankung, die Neuronen im Gehirn betrifft und zu motorischen und nicht-motorischen Symptomen führt. Er ist nach der Alzheimer-Krankheit die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung. Die Prävalenz des Morbus Parkinson wird bis 2040 auf 14 Millionen steigen. Die Anhäufung eines Proteins namens Alpha-Synuclein in Neuronen spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung und dem Fortschreiten des Morbus Parkinson und führt zur Störung der normalen Zellfunktion und zur Bildung von Ablagerungen, den sogenannten Lewy-Körpern.
Die Studie
Die Forscher zweier Labore an der EPFL führten eine Studie durch, um zu erforschen, wie Alpha-Synuclein den Stoffwechselprozess in Neuronen stört. Sie verwendeten hochmoderne bildgebende Verfahren, darunter NanoSIMS, um die Stoffwechselaktivität innerhalb der Zellen mit hoher Auflösung sichtbar zu machen und zu untersuchen.
NanoSIMS-Bildgebungsverfahren
NanoSIMS ist eine bahnbrechende Bildgebungstechnik, die es ermöglicht, Stoffwechselprozesse innerhalb von Zellen im Nanometerbereich sichtbar zu machen. Sie liefert detaillierte Informationen über die Verteilung und den Umsatz von Molekülen, einschließlich Kohlenstoff, innerhalb zellulärer Kompartimente.
Genetisch veränderte Ratten
Um die Auswirkungen der Anhäufung von Alpha-Synuclein auf den Stoffwechselprozess in Neuronen zu untersuchen, verwendeten die Forscher genetisch veränderte Ratten, die das humane Alpha-Synuclein überexprimierten. Sie verglichen die Neuronen mit Alpha-Synuclein-Ansammlung mit Neuronen in der gesunden Kontrollhemisphäre.
Veränderungen im Kohlenstoffumsatz
Die Studie zeigte signifikante Veränderungen im Umsatz von Kohlenstoffmolekülen in Neuronen mit Alpha-Synuclein-Ansammlung auf. Dies legt nahe, dass Alpha-Synuclein den normalen Stoffwechselprozess stört und möglicherweise zu neuronalen Funktionsstörungen und Degeneration führt.
Abnormale Verteilung von Kohlenstoff
Zusätzlich zu den Veränderungen im Kohlenstoffumsatz beobachteten die Forscher abnormale Verteilungsmuster von Kohlenstoff zwischen zellulären Kompartimenten in Neuronen mit Alpha-Synuclein-Anhäufungen. Dies deutet darauf hin, dass Alpha-Synuclein den Transport und die Verteilung von essentiellen Molekülen innerhalb der Zelle beeinflusst.
Auswirkungen auf Organellen
Die Studie ergab auch, dass die Anhäufung von Alpha-Synuclein speziell die Organellen wie Mitochondrien und den Golgi-Apparat beeinträchtigt. Dies führte zu Defekten in der mitochondrialen Funktion und der Kommunikation zwischen Organellen, was die neuronalen Funktionsstörungen und Degeneration weiter fördert.
Auswirkungen und zukünftige Forschung
Diese Studie verdeutlicht das Potenzial der NanoSIMS-Technologie für die Untersuchung frühzeitiger pathologischer Veränderungen in anfälligen Neuronen aufgrund von Alpha-Synuclein-Anhäufung, die eng mit dem Morbus Parkinson verbunden ist. Das Verständnis dafür, wie Alpha-Synuclein den Stoffwechselprozess in Neuronen stört, kann wertvolle Einblicke in die Entwicklung und das Fortschreiten des Morbus Parkinson bieten und den Weg für verbesserte diagnostische und therapeutische Strategien ebnen.
Schlussfolgerung
Der Morbus Parkinson ist eine neurodegenerative Erkrankung, die durch die Anhäufung von Alpha-Synuclein in Neuronen gekennzeichnet ist. Die kürzlich von Forschern der EPFL durchgeführte Studie mithilfe der NanoSIMS-Technologie beleuchtet, wie Alpha-Synuclein den Stoffwechselprozess in Neuronen stört und zu einer Zellfunktionsstörung und Degeneration führt. Durch die Untersuchung von Veränderungen im Kohlenstoffumsatz, der abnormen Verteilung von Kohlenstoff und den Auswirkungen auf Organellen konnten die Forscher wertvolle Erkenntnisse über die zugrunde liegenden Mechanismen des Morbus Parkinson gewinnen. Weitere Forschungen in diesem Bereich können zur Entwicklung wirksamer Behandlungen und Interventionen für den Morbus Parkinson beitragen.
