Die Parkinson-Krankheit, eine fortschreitende neurodegenerative Erkrankung, betrifft Millionen von Menschen weltweit. Bisher gilt Parkinson als unheilbar, aber die Forschung schreitet stetig voran. Ein Team von Forschern des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden hat nun vielversprechende Ergebnisse erzielt, die neue Wege in der Prävention und Behandlung von Parkinson eröffnen könnten. Die Forscher Anthony Hyman und Teymuras Kurzchalia identifizierten zwei Stoffe, D-Laktat und Glykolat, die in der Lage sind, den Krankheitsprozess aufzuhalten und ihm möglicherweise sogar vorzubeugen.
Parkinson: Ein Ausfall der Zellkraftwerke
Parkinson ist gekennzeichnet durch das Absterben von Nervenzellen in der Substantia nigra, einer Hirnregion, die für die Bewegungssteuerung wichtig ist. Dieses Absterben wird durch einen Ausfall der Mitochondrien verursacht, den "Kraftwerken" der Zellen. Wenn die Mitochondrien nicht mehr richtig funktionieren, können die Nervenzellen nicht mehr ausreichend Energie produzieren und sterben schließlich ab.
DJ-1: Ein Gen im Fokus der Forschung
Die Forscher Hyman und Kurzchalia stießen bei ihren Untersuchungen auf das Gen DJ-1. Ursprünglich wurde DJ-1 als ein krebsverursachendes Onkogen betrachtet. Im Jahr 2003 zeigten dann Forschungen, dass es vor allem bei Parkinson eine Rolle spielt. Neueste Untersuchungen haben DJ-1 der Familie der Glyxolasen zugeordnet, die man bisher ausschließlich für Entgifter-Gene hielt. Man nahm an, dass diese Gene aggressive Aldehydgruppen, die in Mitochondrien als Abfall entstehen, in neutrale Verbindungen umwandeln und damit unschädlich machen. Sie entdeckten, dass DJ-1 eine entscheidende Rolle bei der Produktion von D-Laktat und Glykolat spielt. Diese beiden Stoffe sind für die Aufrechterhaltung der Funktion der Mitochondrien unerlässlich.
D-Laktat und Glykolat: Hoffnungsträger im Kampf gegen Parkinson
D-Laktat und Glykolat sind Produkte des Gens DJ-1. In Experimenten mit kranken menschlichen Zellen in der Petrischale und mit Zellen von Fadenwürmern, deren Mitochondrien bereits inaktiv waren, konnten die Forscher zeigen, dass die Zugabe von D-Laktat und Glykolat den Abbau der Nervenzellen stoppen kann. Die Zellen erholten sich sogar wieder. Die Forscher des Max-Planck-Instituts stellten fest, dass durch die Zuführung von D-Laktat und Glykolat der Abbau der Nervenzellen gestoppt werden konnte. Mit D-Laktat angereicherter Joghurt.
Diese Ergebnisse sind vielversprechend, da sie zeigen, dass D-Laktat und Glykolat in der Lage sind, die Funktion der Mitochondrien wiederherzustellen und das Absterben von Nervenzellen zu verhindern. Die beiden Substanzen konnten in Versuchen die toxische Wirkung des Unkrautbekämpfungsmittels Paraquat deutlich verringern und die Funktionalität der Zell-Kraftwerke wiederhergestellt werden. Paraquat ist als Auslöser von Parkinson bekannt.
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Natürliche Quellen für D-Laktat und Glykolat
Das Besondere an dieser Entdeckung ist, dass D-Laktat und Glykolat natürliche Substanzen sind, die in bestimmten Lebensmitteln vorkommen. D-Laktat, auch als linksdrehende Milchsäure bekannt, ist besonders stark in griechischem Joghurt enthalten. Glykolat, auch Glykolsäure genannt, findet sich beispielsweise in Weintrauben und unreifen Früchten.
Ein "Anti-Parkinson-Joghurt" in Sicht?
Die Forscher sehen in ihren Ergebnissen die Möglichkeit, einen "Anti-Parkinson-Joghurt" zu entwickeln, der mit D-Laktat angereichert ist und als Prophylaxe dienen könnte. Teymuras Kurzchalia kann sich vorstellen, einen Joghurt auf den Markt zu bringen, der mit D-Laktat angereichert ist und als Parkinson-Prophylaxe dienen kann. Sie wollen sogar eine Firma gründen, um den Joghurt zu produzieren und zu verkaufen. "Dieser Joghurt könnte als Schutz gegen Parkinson wirken und wäre gleichzeitig noch richtig lecker", berichtet Kurzchalia.
Allerdings betonen die Forscher, dass noch weitere Studien erforderlich sind, um die genauen molekularen Mechanismen der Wirkung von D-Laktat und Glykolat zu verstehen und die optimale Dosierung für eine präventive oder therapeutische Anwendung zu ermitteln. Wie genau die beiden Stoffe den heilenden und vorbeugenden Effekt erzielen, wissen wir bisher nicht. Deshalb wollen wir als nächstes die molekularen Mechanismen genau erforschen“, sagt Kurzchalia. Ebenso ist noch unklar, wie viel von den beiden Stoffen ein Mensch verzehren muss, damit ein vorbeugender Effekt entsteht.
Potenzial auch für andere Erkrankungen
Die Forscher vermuten, dass D-Laktat und Glykolat nicht nur bei Parkinson, sondern auch bei anderen Erkrankungen, die mit einer Beeinträchtigung der mitochondrialen Funktion einhergehen, eine positive Wirkung haben könnten. Ein Rückgang der Aktivität von Mitochondrien ist bei vielen Krankheiten das Problem, nicht nur bei Parkinson.
Weitere Forschung ist notwendig
Obwohl die Ergebnisse der Dresdner Forscher sehr vielversprechend sind, betonen sie, dass noch weitere Forschung notwendig ist, um die genauen Mechanismen der Wirkung von D-Laktat und Glykolat zu verstehen und die Ergebnisse in klinischen Studien zu bestätigen.
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Biomolekulare Kondensate und ihre Rolle bei neurodegenerativen Erkrankungen
Abseits der Forschung zu D-Laktat und Glykolat, beschäftigen sich Anthony Hyman und sein Team auch intensiv mit biomolekularen Kondensaten. Diese membranlosen Organellen spielen eine wichtige Rolle bei der Organisation des Zellinneren und beeinflussen zahlreiche zelluläre Prozesse.
Was sind biomolekulare Kondensate?
Biomolekulare Kondensate sind Ansammlungen von Proteinen und Nukleinsäuren, die sich durch Phasentrennung in der Zelle bilden. Sie ähneln kleinen Tröpfchen, die in der Zelle schwimmen und bestimmte biochemische Reaktionen konzentrieren oder abschirmen können.
Die Bedeutung von Kondensaten für die Zellfunktion
Kondensate sind an einer Vielzahl von zellulären Prozessen beteiligt, darunter:
- Genexpression
- Signalübertragung
- Stressantwort
- Nukleärer Transport
Kondensate und neurodegenerative Erkrankungen
In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass Fehlfunktionen von Kondensaten eine wichtige Rolle bei der Entstehung von neurodegenerativen Erkrankungen spielen können. So können beispielsweise Mutationen in Proteinen, die an der Bildung von Kondensaten beteiligt sind, zu einer fehlerhaften Kondensatbildung und zur Aggregation von Proteinen führen. Diese Proteinaggregate können dann die Funktion von Nervenzellen beeinträchtigen und zum Zelltod führen.
Aktuelle Forschungsansätze
Die Forschung im Bereich der biomolekularen Kondensate ist sehr aktiv. Wissenschaftler arbeiten daran, die Mechanismen der Kondensatbildung besser zu verstehen und die Rolle von Kondensaten bei verschiedenen Erkrankungen zu untersuchen. Ein vielversprechender Ansatz ist die Entwicklung von Wirkstoffen, die die Bildung oder Auflösung von Kondensaten beeinflussen können. Solche Wirkstoffe könnten in Zukunft zur Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen eingesetzt werden.
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Einige aktuelle Forschungsarbeiten im Bereich der biomolekularen Kondensate umfassen:
- Identifizierung von Kondensatkomponenten: Die genaue Zusammensetzung von Kondensaten ist oft schwer zu bestimmen. Neue Methoden wie PICNIC (Proteins Involved in CoNdensates In Cells), ein Machine-Learning-Algorithmus, helfen dabei, Proteine zu identifizieren, die sich in Kondensaten anreichern, unabhängig von ihrer Rolle bei der Kondensatbildung.
- Untersuchung der physikalischen Eigenschaften von Kondensaten: Die physikalischen Eigenschaften von Kondensaten, wie z.B. ihre Dichte und Viskosität, können ihre Funktion beeinflussen. Neue Methoden ermöglichen es, die Zusammensetzung und Energetik von Multikomponenten-Kondensaten zu quantifizieren.
- Entwicklung von Methoden zur Manipulation von Kondensaten: Wissenschaftler entwickeln Methoden, um die Bildung oder Auflösung von Kondensaten gezielt zu beeinflussen. Dies könnte in Zukunft zur Behandlung von Erkrankungen eingesetzt werden, die mit Fehlfunktionen von Kondensaten einhergehen.