Chemische Reaktionen als Schlüssel zu Alzheimer

Kollaboration zwischen TU Darmstadt, britischen und US-amerikanischen Unis

09.06.2021

Forschungsteams der TU Darmstadt, britischer und US-amerikanischer Universitäten konzentrieren sich bei der Untersuchung von Ursachen und Mechanismen der Alzheimer-Erkrankung auf einen möglichen Hauptprozess, der zum Absterben der Gehirnzellen führt – auf chemische Reaktionen zwischen verschiedenen Proteinen im Gehirn und essenziellen Metallen wie Kupfer und Eisen. Ihre Arbeit ist nun veröffentlicht in „Science Advances".

Massenspektrometrie und andere analytische Methoden geben Einblick in das Verhalten und die Chemie von Proteinen bei Gesundheit und Krankheit.

Die Erkrankung an Alzheimer verursacht einen erheblichen Verlust an Lebenszeit und Lebensqualität. Zig Millionen Menschen weltweit leiden an dieser Krankheit und zudem steigt die Zahl der Betroffenen Jahr für Jahr an.

Das physische Erkennungszeichen der Krankheit ist die Bildung kleiner Ablagerungen aus unlöslichen Proteinen – bekannt als Amyloid – im Gehirn der betroffenen Patienten und Patientinnen. Dennoch ließ sich bislang das Fortschreiten der Krankheit auch durch Therapien, die die Bildung dieser Ablagerungen stoppten, nicht verhindern. Dies lässt vermuten, dass es sich bei diesen Ablagerungen mehr um einen Nebeneffekt als um den Auslöser der Krankheit handeln könnte.

Nanopartikel aus Kupfer und Eisen im Gehirn

Professor Dr. Frederik Lermyte

In den vergangenen Jahren wurde vorgeschlagen, dass ein Hauptprozess, der zum Absterben der Gehirnzellen führt, von chemischen Reaktionen zwischen verschiedenen Proteinen im Gehirn und essenziellen Metallen, etwa Kupfer und Eisen, mitbestimmt wird.

Professor Dr. Frederik Lermyte vom Fachbereich Chemie der TU Darmstadt sowie Forschende der Universität von Warwick, der Universität Keele, der Universität von Texas in San Antonio und der Case Western Reserve Universität nutzen verschiedene Techniken, einschließlich Massenspektrometrie und Röntgenmikroskopie, um diese Mechanismen genauer zu untersuchen. Hierbei fanden sie heraus, dass in den Amyloid-Ablagerungen in den Gehirnen von betroffenen Patientinnen und Patienten sowohl die normale wasserlösliche Form dieser Metalle als auch Nanopartikel aus Kupfer und Eisen zu finden waren.

Diese Nanopartikel spielen bisher keine bekannte Rolle in der Humanbiologie. Es ist wahrscheinlich, dass die chemischen Reaktionen, die zur Bildung dieser Metall-Nanopartikel führen, auch reaktive Sauerstoffspezies entstehen lassen, welche toxisch für die Zellen des Gehirns sind. Dies liefert möglicherweise einen wichtigen Hinweis auf den Mechanismus der Alzheimer-Krankheit und so könnten zukünftige Therapien entwickelt werden, um in diesen Prozess einzugreifen.

Publikation

James Everett, Frederik Lermyte, Jake Brooks, Vindy Tjendana-Tjhin, Germán Plascencia-Villa, Ian Hands-Portman, Jane M. Donnelly, Kharmen Billimoria, George Perry, Xiongwei Zhu, Peter J. Sadler, Peter B. O’Connor, Joanna F. Collingwood and Neil D. Telling: „Biogenic metallic elements in the human brain?” in: Science Advances 09 Jun 2021, Vol. 7, no. 24, eabf6707

DOI: 10.1126/sciadv.abf6707

Lermyte/feu