Die Suche nach wirksamen Therapien gegen Demenz, insbesondere Alzheimer, ist weiterhin eine große Herausforderung. Neue Forschungsansätze, die sich auf die Rolle von Arginin und anderen Faktoren konzentrieren, könnten jedoch in Zukunft zu Fortschritten führen.
Argininverbrauch im Gehirn als möglicher Auslöser von Alzheimer
Eine Studie von Forschern der Duke University, veröffentlicht im "Journal of Neuroscience", deutet darauf hin, dass Immunzellen im Gehirn von Alzheimer-Patienten vermehrt Arginin verbrauchen. In einem Mausversuch konnte gezeigt werden, dass die Verabreichung von Difluoromethylornithin, einem Arginasehemmer, zu einer reduzierten Plaquebildung im Gehirn führte. Diese Mäuse zeigten in der Folge weniger Symptome, die typisch für Alzheimer sind, wie Gedächtnisverlust und Verhaltensstörungen.
Die Studienleiterin Carol Colton betonte, dass diese Ergebnisse einen neuen Blickwinkel auf die Alzheimer-Forschung ermöglichen. James Pickett von Alzheimer’s Research ergänzte, dass die Studie wesentlich zum besseren Verständnis der Krankheit beiträgt.
Genetische Mutation und die Rolle von Arginin-haltigen Proteinen bei ALS und frontotemporaler Demenz
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Biologie des Alterns in Köln und des University College London haben herausgefunden, wie eine spezifische genetische Mutation zu neuronalen Schäden bei amyotropher Lateralsklerose (ALS) und frontotemporaler Demenz führen kann. Diese beiden schweren Krankheiten treten in seltenen Fällen gleichzeitig auf.
Die DNA von betroffenen Patienten weist eine Mutation im C9orf72-Gen auf, die durch Tausende von Wiederholungen eines kurzen DNA-Abschnitts gekennzeichnet ist. Diese Mutation ist bei etwa acht Prozent der Patienten mit ALS oder frontotemporaler Demenz zu finden.
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Frühere Annahmen gingen davon aus, dass die Schäden durch die Unterbrechung des Gens oder die Produktion toxischer Ribonukleinsäure (RNA) verursacht werden. Die neue Studie zeigt jedoch, dass die Wiederholungen in dem mutierten Gen zur Produktion einer Vielzahl von Proteinen führen, von denen zwei extrem schädlich für Nervenzellen sind.
Um die Rolle der Proteine zu untersuchen, erzeugten die Forscher künstliche Wiederholungen in der DNA, die entweder potenziell toxische RNA und Proteine oder nur eines von beidem produzierten. Diese Wiederholungen wurden in Nervenzellen von Fruchtfliegen eingebracht. Die Ergebnisse zeigten, dass Wiederholungen, die sowohl RNA als auch Proteine produzierten, zu einer starken Schädigung der Nervenzellen und einer reduzierten Lebensdauer der Fliegen führten. Interessanterweise verursachten Wiederholungen, die ausschließlich Proteine produzierten, eine ebenso deutliche Neurodegeneration. Wiederholungen, die nur RNA erzeugten, zeigten keine Schäden.
Diese Ergebnisse beleuchten die toxische Rolle von Arginin-haltigen Proteinen bei Motoneuronerkrankungen und Demenz.
Die Bedeutung von L-Arginin für das Herz-Kreislauf-System und das Immunsystem
L-Arginin ist eine semi-essentielle Aminosäure, die der Körper für verschiedene Stoffwechselprozesse benötigt. Obwohl der Körper sie in gewissem Maße selbst herstellen kann, ist eine zusätzliche Zufuhr über die Nahrung oder Nahrungsergänzungsmittel oft notwendig. L-Arginin ist in zahlreichen Lebensmitteln wie Fleisch, Nüssen und Meeresfrüchten enthalten.
L-Arginin spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung von Stickstoffmonoxid (NO), einem Molekül, das die Blutgefäße erweitert und die Durchblutung verbessert. Durch den vergrößerten Gefäßdurchmesser kann mehr Blut fließen, was zu einem sinkenden Blutdruck führt. Darüber hinaus entspannt sich die Muskulatur, und die geistige Leistungsfähigkeit steigt. NO ist auch wichtig für das Nerven- und Immunsystem und spielt eine Rolle bei der Erektion.
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Studien deuten darauf hin, dass L-Arginin eine positive Wirkung auf den Blutdruck haben und das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen verringern kann. Es unterstützt auch das Immunsystem.
Bisher gibt es keine Belege dafür, dass selbst sehr hohe Dosen von L-Arginin schädlich sind. Allerdings sollte vor der Einnahme von hochdosierten L-Arginin-Präparaten ein Arzt oder Therapeut befragt werden, insbesondere wenn bereits andere Medikamente eingenommen werden, die den Abbau von NO hemmen.
Proteostase und Ribosomenfunktion im alternden Gehirn
Um neurodegenerative Krankheiten besser zu verstehen, ist es wichtig zu erforschen, wie unser Gehirn altert. Wissenschaftler haben die sogenannte Proteostase in Nervenzellen untersucht, also das Gleichgewicht von Produktion, Faltung und Abbau von Proteinen. Der Verlust dieser Proteostase wird als ein Kennzeichen des Alterns und altersbedingter neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson angesehen.
In einer Studie wurden die Gehirne von Killifischen (Nothobranchius furzeri) untersucht, da diese in vielen Punkten Ähnlichkeiten mit dem Alzheimer-Gehirn aufweisen. Die Forscher analysierten die Genexpression, die Proteinherstellung und die Zusammensetzung der gebildeten Proteine während des Alterns.
Dabei stellten sie fest, dass es einen Widerspruch zwischen den mRNA-Molekülen (Bauplänen für die Proteinsynthese) und den tatsächlich produzierten Proteinen gab. Es mangelte häufig an Proteinen mit basischen Aminosäuren wie Arginin und Lysin, die für die DNA-Reparatur oder RNA-Verarbeitung wichtig sind.
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Die Untersuchung der Ribosomen, den "Proteinfabriken" der Zellen, ergab, dass deren Funktion im Alter gestört ist. Bestimmte Proteine werden kaum noch hergestellt, während andere vermehrt produziert werden.
Obwohl die gestörte Ribosomenfunktion nicht zweifelsfrei die Hauptursache für Alterungsprozesse im Gehirn ist, sehen die Forscher darin eine Chance für zukünftige Interventionen. Die Reparatur der Ribosomenfunktion könnte möglicherweise Alterungsprozesse oder Demenz verlangsamen. Die Wiederherstellung der Proteostase durch die Zugabe fehlender Eiweiße erscheint dagegen als ein fast unmögliches Unterfangen, da Hunderte von Proteinen betroffen sind.
Stickoxide und die Plaquebildung bei Alzheimer
Alois Alzheimer stellte bereits im Gehirn von verstorbenen Patienten massenhaft zugrunde gegangene Nervenzellen und Eiweißablagerungen (Plaques) fest. Ein wesentlicher Bestandteil der Plaques ist das Amyloid beta, das im Gehirn von Alzheimer-Patienten vermehrt vorliegt.
Forscher haben eine Veränderung des Tyrosins an Position zehn der Aminosäurekette des Amyloid beta identifiziert. Diese Veränderung fördert die Neigung des Amyloid beta, Plaques zu bilden, und beschleunigt die Ablagerung des Eiweißes. Die veränderte Form des Tyrosins entsteht durch Stickoxide.
Die Wissenschaftler machen für die Bildung dieser Plaques die Stickoxidsynthase 2 (NOS2) verantwortlich, ein Enzym, das durch Entzündungen bei Alzheimer stimuliert wird und große Mengen an Stickoxid produziert. Experimente mit Mäusen zeigten, dass die Ausschaltung des NOS2-Gens oder die Hemmung des Enzyms mit der Substanz „L-NIL“ die Gesamtmenge an Amyloid beta drastisch reduzierte und die Tiere vor Lern- und Gedächtnisstörungen schützte.
Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Hemmung des NOS2 den Verlauf der Alzheimer-Krankheit verbessern könnte und einen potenziellen therapeutischen Ansatz darstellt. Ob der Hemmstoff „L-NIL“ tatsächlich eine neue Behandlungsmöglichkeit für Alzheimer-Patienten darstellt, muss jedoch erst noch in klinischen Studien geklärt werden.