Modell der Stoffwechselprozesse im Gehirn

Neue Einsichten in die Krankheitshintergründe der Alzheimer-Demenz

Eine Kombination aus einem neu entwickelten bioinformatischen Modell und experimentellen Daten gibt neue Einsichten in die Krankheitshintergründe der Alzheimer-Demenz. In der zugrunde liegenden deutsch-amerikanischen Zusammenarbeit gelang es unter Beteiligung von Wissenschaftlern der Universität Heidelberg und des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ), ein detailliertes Modell der Stoffwechselprozesse im Gehirn zu erstellen, das krankheitsursächliche Faktoren aufdeckt. Damit leisteten sie einen maßgeblichen Beitrag zu der unter Federführung von Bernhard Ø Palsson an der Universität von Kalifornien durchgeführten Studie.

„Besonders spannend ist, dass durch das neue Modell bekannte Phänomene bestätigt und zudem neue krankheitsrelevante Schlüsse gezogen werden konnten", erklärt Dr. Rainer König. Er ist Forschungsgruppenleiter in der Abteilung iBioS (Integrative Bioinformatics and Systems Biology), die sowohl an der Universität, als auch am DKFZ in Heidelberg angesiedelt ist. Leiter von iBioS ist Prof. Dr. Roland Eils, der ebenfalls an der aktuellen Studie beteiligt war. „Die Analysen von meinem Mitarbeiter Dr. Gunnar Schramm und mir ergaben, dass bei Alzheimer-Patienten der Energiestoffwechsel in einigen Hirnregionen stark vermindert war, obwohl die Zellen histologisch unauffällig waren", führt Dr. König weiter aus, der Leiter des NGFN-Teilprojektes ist, in dessen Rahmen ein Teil der Untersuchungen durchgeführt wurde.

Die neuen bioinformatischen Modelle bestätigten, dass nicht alle Nervenzelltypen gleichermaßen von den verheerenden Folgen der Alzheimer-Krankheit betroffen sind. Dabei erwies sich die verminderte Aktivität eines Schlüsselenzyms, der α-Ketoglutarat-Dehydrogenase, als wahrscheinliche Erklärung. Die Aktivität dieses Enzyms ist bei Alzheimer-Patienten deutlich reduziert. Einem bestimmten Nervenzelltyp, den GABAergen Neuronen, ist es möglich, den Aktivitätsverlust des Enzyms durch eine Umleitung der Stoffwechselflüsse auszugleichen, wie die neuen Ergebnisse belegen. Hierfür scheint das Enzym Glutamat-Dehydrogenase (GAD) verantwortlich zu sein. Die experimentellen Daten unterstützen dessen Schutzfunktion, da in besonders geschädigten Hirnregionen verstorbener Alzheimer-Patienten eine geringere GAD-Menge nachweisbar war.

Durch die stetige Verbesserung experimenteller Methoden und die Gewinnung neuer Daten wird die Genauigkeit der neu entwickelten Modelle weiter verbessert und es werden immer genauere Vorhersagen ermöglicht.

Je genauer verschiedene Zelltypen und Hirnregionen im Modell aufgeschlüsselt werden können, desto höher wird auch der Nutzen im Hinblick auf ein besseres Verständnis der Stoffwechselprozesse im Gehirn im Allgemeinen sowie im Hinblick auf die bislang unheilbare Alzheimer-Krankheit sein.

Originalliteratur:
Nathan E. Lewis, Gunnar Schramm, Aarash Bordbar, Jan Schellenberger, Michael P. Andersen, Jeffrey K. Cheng1, Nilam Patel1, Alex Yee1, Randall A. Lewis, Roland Eils, Rainer König, Bernhard Ø Palsson; Large-scale in silico modeling of metabolic interactions between cell types in the human brain; Nature Biotechnology advance online publication 21.11.2010

http://www.ngfn.de  Nationales Genomforschungsnetz

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