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So macht Plastizität Neuronen anfällig für Alzheimer – Gesundheit

Laut einer neuen Studie sind Neuronen, die sich regelmäßig umbauen, anfälliger für Funktionsstörungen im Zusammenhang mit der Alzheimer-Krankheit.

“Die Identifizierung der molekularen Eigenschaften von Neuronen, die besonders anfällig für Neurodegeneration sind, ist sowohl für das grundlegende Verständnis von Alzheimer als auch für die zukünftige Entwicklung besserer Diagnose- und Behandlungsoptionen wichtig”, sagte die Co-Autorin der Studie, Olga Troyanskaya, stellvertretende Direktorin für Genomik am Flatiron Institut für Computational Biology des Instituts in New York City und Professor an der Princeton University.

Unter Verwendung eines Frameworks für maschinelles Lernen, das neuronentypspezifische Mäuseexperimente mit Humanstudien integrierte, verglichen die Forscher zwei Arten von Alzheimer-anfälligen Neuronen mit fünf resistenten Typen. Der bedeutendste Unterschied bestand darin, dass die anfälligen Neuronen mit Prozessen angereichert waren, die mit dem Umbau von Verbindungen mit benachbarten Neuronen zusammenhängen.

Die Ergebnisse legen nahe, dass das Altern und die Akkumulation eines Proteinfragments namens Amyloid-Beta dazu führen kann, dass der Umbauprozess durcheinander gerät und Tau-Proteine ​​verwickelt werden, die zur Alzheimer-Krankheit führen. Die Arbeit ist die erste, die Amyloid-Beta und Tau-Proteine ​​- zwei zuvor vorgeschlagene Hauptverdächtige für das Fortschreiten der Alzheimer-Krankheit – auf genetischer und molekularer Ebene miteinander verbindet.

„Wenn wir verstehen, was diese Neuronen besonders anfällig macht, können wir verstehen, warum Alzheimer anfängt, Neuronen abzutöten. Die Frage ist nun, ob wir diese Neuronen irgendwie widerstandsfähiger machen können “, sagte die Co-Hauptautorin der Studie, Vicky Yao, eine Assistenzprofessorin für Informatik an der Rice University in Houston, die das Projekt während ihrer Arbeit in Troyanskayas Gruppe in Princeton startete.

Yao leitete die Arbeit zusammen mit Jean-Pierre Roussarie, einem leitenden wissenschaftlichen Mitarbeiter am Fisher Center für Alzheimer-Forschung an der Rockefeller University in New York City. Die Forscher präsentieren ihre Ergebnisse am 29. Juni in Neuron.

Alzheimer ist eine fortschreitende Erkrankung, bei der Gehirnzellen verschwinden und sterben. Die Krankheit zielt zuerst auf Neuronen ab, die mit Gedächtnis und Navigation zusammenhängen. Im Laufe der Zeit breitet sich die Krankheit auf andere Neuronen aus. In den Vereinigten Staaten ist Alzheimer die sechsthäufigste Todesursache und die fünfthäufigste Todesursache bei Amerikanern ab 65 Jahren.

Die Ursache der Krankheit bleibt unklar. Frühere Studien identifizierten Gene, die das Alzheimer-Risiko erhöhen, aber Wissenschaftler wissen immer noch nicht, warum die Krankheit beginnt, Neuronen anzugreifen. Eine Herausforderung bei der Untersuchung der Krankheit besteht darin, dass sich das Gehirn nach dem Tod schnell verschlechtert und mögliche postmortale Befunde verzerrt.

Für die neue Studie haben Roussarie und seine Kollegen genetische Linien von Mäusen generiert, die speziell für die Untersuchung von Neuronen entwickelt wurden. Jede Linie konzentriert sich auf einen einzelnen Neuronentyp mit genetischen Veränderungen, um die Gentranskription in diesen Neuronen leichter verfolgen zu können (einschließlich der Zugabe eines grün fluoreszierenden Proteins). Die Forscher entwickelten Mäuselinien, die auf Neuronen abzielen, die gegen Alzheimer resistent sind, und andere, die auf Neuronen abzielen, die für die Krankheit anfällig sind.

In der neuen Arbeit zeigen die Forscher, dass die Neuronen von Mensch und Maus auf molekularer Ebene nahezu identisch waren, was die Nagetiere zu hervorragenden Vertretern für die Untersuchung von Alzheimer macht.

Die Forscher kombinierten experimentelle Daten von Roussaries Mäusen mit Yaos Rechenmodellen der Humangenetik, die zeigen, wann und wo Gene, die mit Alzheimer-bezogenen Prozessen zusammenhängen, im Gehirn exprimiert werden und wie diese Gene mit anderen Genen interagieren. Zusammen ergaben die beiden Datenquellen ein Profil darüber, welche Eigenschaften Neuronen für Alzheimer anfällig machen.

Das Profil ergab zwei der bei Alzheimer üblichen Verdächtigen: Amyloid-Beta und Tau. Amyloid-beta ist ein Proteinfragment, das sich aggregieren und Plaques bilden kann, die die Lücken zwischen den Nervenzellen füllen. Tau-Proteine ​​- der Hauptkandidat im Profil – stabilisieren Mikrotubuli, molekulare Stäbchen, die Neuronen ihre Form geben und das Rückgrat der Verbindungen zwischen benachbarten Neuronen bilden. Wenn Tau-Proteine ​​falsch gefaltet werden, können sie verwickelte Fäden erzeugen, die das Transportsystem eines Neurons blockieren und die ordnungsgemäße Funktion von Neuronen verhindern.

„Als ich die Vorhersagen zum ersten Mal machte, ging ich zurück und überprüfte sie noch einmal, weil ich dachte, dass dies zu gut ist, um wahr zu sein. Dies waren Dinge, von denen wir bereits gewusst hatten, dass sie mit Alzheimer zusammenhängen, und wir konnten sie miteinander verbinden. Es war eine Bestätigung, dass wir auf dem richtigen Weg waren “, sagte Yao.

Wissenschaftler haben lange darüber diskutiert, welcher Prozess – mit Amyloid-Beta oder Tau – für den Ausbruch von Alzheimer verantwortlich ist, aber die neuen Erkenntnisse legen nahe, dass beide miteinander verbunden sind. Die Arbeit verband die PTB, ein Gen, das die Bildung der verschiedenen Aromen des Tau-Proteins reguliert, stark mit Alzheimer.

Wenn die PTB nicht reguliert ist, wird das Verhältnis der Tau-Proteine ​​weggeworfen. Dieses Ungleichgewicht führt dazu, dass sich die Tau-Proteine ​​aggregieren und die verwickelten Fäden bilden. Die Forscher schlagen vor, dass Alter und Amyloid-Beta-Akkumulation das Risiko dieser Dysregulation erhöhen.

Die Forscher planen, ihre Forschung fortzusetzen, indem sie nach anderen Merkmalen suchen, die Neuronen für die Krankheit anfällig machen. Das Sammeln weiterer Informationen über das Auftreten von Alzheimer wird die Entwicklung potenzieller Behandlungen unterstützen, die verhindern, dass die Krankheit überhaupt Wurzeln schlägt, sagte Yao.

(Diese Geschichte wurde aus einem Feed einer Drahtagentur ohne Änderungen am Text veröffentlicht. Nur die Überschrift wurde geändert.)

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