Bei Menschen, die an Alzheimer erkranken, sterben nach und nach Nervenzellen im Gehirn und die Verbindungen zwischen diesen Zellen ab. Weltweit sind derzeit knapp 47 Millionen Menschen von dieser häufigsten Unterform der Demenz betroffen und noch immer gibt sie Forschern Rätsel auf. Die Wissenschaftler gingen bisher davon aus, dass Einweißfasern, sogenannte Neurofibrillenbündel , die vom Gehirn nicht richtig abgebaut werden, die Krankheit auslösen, da sich diese Ablagerungen im Gehirn von Alzheimer-Patienten stets nachweisen lassen.

Die Alzheimer-Forscher sehen dabei insbesondere zwei Eiweiße, Tau und Beta-Amyloid, als besonders krankheitsverursachend. Diese Proteine sammeln sich in Faserklumpen, die sich aus Molekülketten – Fibrillen – gebildet haben, im Gehirn an. Die Frage, wieso sich körpereigene Proteine krankhaft entwickeln und dann zu den Veränderungen im Gehirn führen, konnte bislang noch nicht geklärt werden.

Große Unterschiede zu künstlich erzeugtem Forschungsmaterial

Forschern der Universität Ulm ist es nun aber erstmals gelungen, diese Eiweißfasern (Beta-Amyloid-Fibrillen) aus Gehirn-Gewebeproben von Alzheimer-Patienten zu isolieren und zu untersuchen. Dabei stellten sie fest, dass sich die Fasern erheblich von den synthetisch erzeugten Fibrillen unterscheiden, die in der Forschung genutzt werden. Die einzelnen Peptide, aus denen die Fibrillen zusammengesetzt sind, waren nämlich anders aufgebaut als die künstlich im Reagenzglas erzeugten. Zweitens waren sie auch in sich völlig anders verdrillt als die synthetischen Exemplare. „Das ist eine grundsätzlich andere Eigenschaft, die wir so nicht erwartet hatten“, sagt Professor Marcus Fändrich, Leiter des Instituts für Proteinbiochemie der Universität Ulm.

Kryo-elektronenmikroskopische Aufnahme von Aß-Amyloid Fibrillen aus dem Hirngewebe von Alzheimer-Patienten. Hervorgehoben sind einzelne Fibrillen mit unterschiedlichen Formen (Morphologie I und II); © “Kollmer et al., Nature Communications”

Die Forscher untersuchten im Rahmen ihrer Studie die Gewebeproben von drei Patienten und fanden in allen die gleichen Strukturen. Bis sie zu diesem Ergebnis kamen, waren allerdings mehr als vier Jahre intensiver Arbeit der Wissenschaftler aus Ulm, Tübingen, Halle an der Saale und San Diego nötig. Die größte Herausforderung dabei war, die Beta-Amyloid-Fibrillen aus den Gewebeproben zu lösen und in zahlreichen Arbeitsschritten aufzureinigen. Außerdem zeigten die Fibrillen unter dem Kryo-Elektronenmikroskop zahlreiche unterschiedliche Subtypen, wodurch die Auswertung zusätzlich erschwert wurde.

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Durch diese Erkenntnisse sei man der Entschlüsselung der Ursachen von Alzheimer womöglich einen Schritt näher gekommen, da eine der Strukturen, die Beta-Amyloid im Gehirn annehmen und so die Krankheit auslösen kann, nun viel genauer bekannt sei, erklären die Forscher. „Die Wissenschaft wird jetzt im Reagenzglas Bedingungen finden müssen, die diese Strukturen hervorrufen“, betont Fändrich. Nun könnten jedoch auf Basis dieser Beta-Amyloid-Strukturen weitere Untersuchungen stattfinden. Darüber hinaus müsse sich noch zeigen, ob die Informationen über die Beta-Amyloid-Struktur „für die Entwicklung von pharmazeutischen Wirkstoffen genutzt werden können.“

Die Studie, wurde im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.

Titelbild: Seitenansicht einer Aß-Amyloid-Fibrille (links), Querschnitt einer Fibrill-Ebene (oben mitte). Die gesamte Fibrille besteht aus mehreren gestapelten Ebenen (rechts unten); © Kollmer et al., Nature Communications