Alzheimer-Neurofibrillen unter dem Mikroskop: Einblick in die Krankheit des Jahrhunderts

Die Alzheimer-Krankheit, oft als die „Krankheit des Jahrhunderts“ bezeichnet, stellt eine wachsende Herausforderung für alternde Gesellschaften dar. Benannt nach Alois Alzheimer, dem deutschen Arzt, der die Krankheit erstmals beschrieb, hat sie sich von einem Randphänomen zu einem globalen Gesundheitsproblem entwickelt. Dieser Artikel beleuchtet die mikroskopischen Aspekte der Alzheimer-Krankheit, insbesondere die Rolle von Neurofibrillen, und gibt Einblicke in die Ursachen, Diagnose und aktuelle Forschung.

Die Geschichte der Alzheimer-Krankheit

Die Geschichte der Alzheimer-Krankheit beginnt im Jahr 1901 mit der Aufnahme von Auguste Deter in die „Anstalt für Irre und Epileptische“ in Frankfurt am Main. Alois Alzheimer, damals Arzt an der Anstalt, dokumentierte detailliert den Fall der Patientin, die unter Gedächtnisverlust und Wahnvorstellungen litt. Alzheimer erkannte frühzeitig, dass es sich bei Frau Deter nicht um eine normale Altersdemenz handeln konnte, da sie erst 51 Jahre alt war.

Nach ihrem Tod im Jahr 1906 untersuchte Alzheimer ihr Gehirn unter dem Mikroskop und entdeckte zwei auffällige Merkmale:

• Amyloid-Plaques: Ablagerungen zwischen den Nervenzellen.
• Neurofibrillen: Faserartige Strukturen innerhalb der Nervenzellen.

Diese Entdeckungen veröffentlichte er 1907 in einer Abhandlung „über eine eigenartige Erkrankung der Hirnrinde“. Erst später setzte sich die Meinung durch, dass es sich bei Deter um eine neue Art von Krankheit gehandelt habe.

Mikroskopische Merkmale der Alzheimer-Krankheit

Die Alzheimer-Krankheit ist durch zwei Hauptmerkmale im Gehirn gekennzeichnet, die unter dem Mikroskop sichtbar sind: Amyloid-Plaques und Neurofibrillen.

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Amyloid-Plaques

Amyloid-Plaques bestehen hauptsächlich aus Beta-Amyloid, einem Peptid, das aus einem größeren Vorläuferprotein, dem Amyloid-Precursor-Protein (APP), entsteht. APP spielt vermutlich eine Rolle bei der Aktivität von Synapsen und dem Überleben von Neuronen. Wenn APP jedoch auf bestimmte Weise enzymatisch gespalten wird, kann es zur Freisetzung von Beta-Amyloid-Peptiden kommen, die sich zu Plaques verklumpen. Es wird angenommen, dass diese Plaques, insbesondere die Zwischenprodukte bei ihrer Bildung (Oligomere), benachbarte Nervenzellen und Synapsen schädigen.

Neurofibrillen

Neurofibrillen bestehen hauptsächlich aus Tau-Proteinen. Tau-Proteine stabilisieren normalerweise die Mikrotubuli, röhrenförmige Strukturen, die das Zellskelett bilden und für den Transport von Nährstoffen und anderen Substanzen innerhalb der Nervenzellen unerlässlich sind. Bei der Alzheimer-Krankheit wird das Tau-Protein jedoch chemisch verändert (hyperphosphoryliert), wodurch es sich von den Mikrotubuli löst und sich zu fadenförmigen Strukturen, den Neurofibrillen, zusammenlagert. Diese Verklumpung von Tau-Proteinen beeinträchtigt den Transport innerhalb der Zelle und führt letztendlich zum Absterben der Nervenzelle.

Die Rolle von Tau-Proteinen im Detail

Die Mandelkows und ihr Team haben Tau bereits seit längerem im Visier. Es stabilisiert die Mikrotubuli, jene röhrenförmigen Proteinfasern, die ein wesentlicher Bestandteil des Grundgerüsts aller Zellen sind. Sie spielen eine buchstäblich tragende Rolle, weil sie einer Zelle mechanischen Halt geben. Außerdem bilden sie während der Zellteilung den Spindelapparat aus, an dem die Chromosomen in die sich bildenden Tochterzellen wandern. Zum Anderen stellen sie die Versorgung sicher: In den Zellfortsätzen, den Axonen und Dendriten, läuft an ihnen wertvolle Fracht entlang - huckepack getragen von Motorproteinen wie dem Kinesin, einem zelleigenen „Frachtunternehmen“. Proteine, Nährstoffe aber auch ganze Zellorganellen, wie Mitochondrien und Peroxisomen, kugelförmige Miniatur-Container für Enzyme.

Unter dem Fluoreszenz-Mikroskop lässt sich das Ganze in der Zellkultur sogar live und in Farbe verfolgen, denn Tau und andere Zellbestandteile können mit fluoreszierenden Proteinen markiert werden. Tau bindet locker an die Mikrotubuli, stabilisiert sie und hilft so mit, dass der Transport in Zellen reibungslos läuft. Das Protein ist ein Exot, denn es ist praktisch ungefaltet. Dadurch ist es sehr flexibel und weder Hitze noch Säure können ihm etwas anhaben. „Wir hatten schon länger an Tau und anderen Mikrotubuli-Proteinen gearbeitet, als vor etwa 20 Jahren bekannt wurde, dass es einen Zusammenhang zwischen Tau und Alzheimer gibt. Das gab den Anstoß, sich auf die Rolle von Tau bei dieser Krankheit zu konzentrieren“, erzählt Frau Mandelkow. In erkrankten Neuronen verhält sich das Protein „unvorschriftsmäßig“ und funktioniert nicht mehr richtig.

„Bei Alzheimer wird Tau von hyperaktiven Enzymen, den Proteinkinasen wie beispielsweise der Kinase MARK, überphosphoryliert. Das heißt, an vielen Stellen von Tau sitzen plötzlich Phosphatgruppen. So kann es seine Funktion nicht mehr ausüben. Verknäulte Proteinfibrillen, funktionsunfähig, Müll. Dies ist der Anfang vom Ende einer Nervenzelle. So beginnt der Gedächtnisverlust. Denn zu wenig Tau auf der Schiene hemmt den Transportverkehr, da die Mikrotubuli kaputtgehen und sich die Motorproteine nicht mehr richtig einklinken können. Dann verschwinden mangels Versorgung die Synapsen, jene winzigen Ausstülpungen der Axone und Dendriten, über die Nervenzellen chemisch und elektrisch miteinander kommunizieren. Daraufhin sterben Axone und Dendriten, und schließlich das ganze Neuron.

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Ursachen der Alzheimer-Krankheit

Die genauen Ursachen der Alzheimer-Krankheit sind noch nicht vollständig geklärt, aber es wird angenommen, dass eine Kombination aus genetischen, umweltbedingten und Lebensstilfaktoren eine Rolle spielt. Der wichtigste bekannte Risikofaktor ist das Alter. Andere Risikofaktoren umfassen:

• Genetische Faktoren: Mutationen in bestimmten Genen können zu einer familiären Form der Alzheimer-Krankheit führen, die jedoch nur bei weniger als 1 % der Patienten vorkommt. Eine Form des Apolipoprotein-E-Gens (APOE-e4) erhöht ebenfalls das Risiko, an Alzheimer zu erkranken.
• Entzündungsprozesse: Entzündungen im Gehirn können zur Entstehung und zum Fortschreiten der Alzheimer-Krankheit beitragen.
• Vaskuläre Faktoren: Erkrankungen, die die Blutgefäße betreffen, wie hoher Blutdruck und Übergewicht, können das Risiko erhöhen, an Alzheimer zu erkranken.
• Mitochondriale Dysfunktion: Störungen in den Mitochondrien, den „Kraftwerken“ der Zellen, können ebenfalls eine Rolle spielen.

Diagnose der Alzheimer-Krankheit

Die Diagnose der Alzheimer-Krankheit basiert in der Regel auf einer Kombination aus:

• Klinischer Beurteilung: Beurteilung der Gedächtnis- und Denkfähigkeiten des Patienten.
• Neuropsychologischen Tests: Durchführung von standardisierten Tests zur Messung verschiedener kognitiver Funktionen.
• Bildgebenden Verfahren: MRT- und PET-Scans des Gehirns können helfen, Veränderungen im Gehirn zu erkennen, die für die Alzheimer-Krankheit typisch sind, wie z. B. eine Verkleinerung des Gehirns oder Ablagerungen von Amyloid-Plaques und Tau-Fibrillen.
• Liquoruntersuchung: Analyse der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit auf bestimmte Biomarker, die auf die Alzheimer-Krankheit hindeuten können.

Aktuelle Forschung und Behandlungsmöglichkeiten

Bis heute gibt es keine Heilung für die Alzheimer-Krankheit. Die derzeitigen Behandlungen konzentrieren sich auf die Linderung der Symptome und die Verbesserung der Lebensqualität der Patienten. Zu den gängigen Behandlungen gehören:

• Antidementiva: Medikamente, die die Symptome der Alzheimer-Krankheit vorübergehend verbessern können, indem sie die Funktion von Neurotransmittern im Gehirn beeinflussen.
• Kognitives Training: Aktivitäten, die darauf abzielen, die kognitiven Fähigkeiten zu verbessern und den Gedächtnisverlust zu verlangsamen.
• Ergotherapie: Unterstützung bei alltäglichen Aktivitäten, um die Selbstständigkeit der Patienten so lange wie möglich zu erhalten.
• Unterstützung für Angehörige: Beratung und Unterstützung für Familienmitglieder und Betreuer von Alzheimer-Patienten.

Die Forschung zur Alzheimer-Krankheit ist intensiv und konzentriert sich auf verschiedene Bereiche, darunter:

• Entwicklung neuer Medikamente: Es werden neue Medikamente entwickelt, die auf die zugrunde liegenden Ursachen der Alzheimer-Krankheit abzielen, wie z. B. die Bildung von Amyloid-Plaques und Tau-Fibrillen.
• Früherkennung: Es werden neue Methoden zur Früherkennung der Alzheimer-Krankheit entwickelt, um eine frühzeitige Intervention zu ermöglichen.
• Prävention: Es werden Strategien zur Prävention der Alzheimer-Krankheit untersucht, wie z. B. die Förderung eines gesunden Lebensstils und die Behandlung von Risikofaktoren.
• Tau-Bildgebung: Als Pendant zur Amyloid-Bildgebung existieren für sie bereits erste Marker, die ebenfalls mit Hilfe der Positronen-Emissions-Tomographie einen Nachweis der Tau-Ablagerungen (Tangles) im Gehirn ermöglichen könnten. Da es einen unmittelbaren Zusammenhang zwischen den Tau-Ablagerungen im Gehirn und dem Erkrankungsstadium der Demenz zu geben scheint, besteht hierdurch jetzt die Möglichkeit, dass die Tau-Bildgebung den tatsächlichen Beginn des Nervenzellschadens und damit den funktionellen Beginn der Erkrankung sehr viel besser abbildet als die Amyloid-Bildgebung. Die Tau-Bildgebung könnte somit ein geeignetes Werkzeug für die Verlaufsbeobachtung der Alzheimer-Erkrankung darstellen.

Die Bedeutung der Mikroskopie in der Alzheimer-Forschung

Die Mikroskopie spielt eine entscheidende Rolle in der Alzheimer-Forschung. Sie ermöglicht es Forschern, die strukturellen Veränderungen im Gehirn von Alzheimer-Patienten zu untersuchen, wie z. B. die Ablagerung von Amyloid-Plaques und die Bildung von Neurofibrillen. Durch die Untersuchung dieser Veränderungen können Forscher besser verstehen, wie die Alzheimer-Krankheit das Gehirn schädigt und wie sie möglicherweise verhindert oder behandelt werden kann.

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