Alzheimer: 3D-DNA-Struktur beeinflusst Genaktivität im Gehirn

Wissenschaftliche Untersuchungen zur dreidimensionalen Organisation der DNA liefern neue Erkenntnisse über die Entstehung und den Verlauf von Alzheimer. Die Struktur, in der das Erbgut innerhalb der Zellkerne des Gehirns angeordnet ist, spielt demnach eine entscheidende Rolle für die Genaktivität.

Diese Entdeckung der räumlichen Genomorganisation eröffnet der therapeutischen Forschung neue Perspektiven, um die bisher nur schwer behandelbare neurodegenerative Erkrankung besser zu verstehen.

Strukturelle Veränderungen im präfrontalen Kortex

Im Zentrum der Analysen steht die Beobachtung, dass sich die dreidimensionale DNA-Architektur in den Gehirnzellen von Alzheimer-Patienten signifikant von der gesunder Personen unterscheidet. Die Forschung konzentriert sich dabei insbesondere auf den präfrontalen Kortex, eine Hirnregion, die für komplexe kognitive Funktionen und das Gedächtnis von zentraler Bedeutung ist.

Um diese feinen strukturellen Unterschiede sichtbar zu machen, wurden Postmortem-Analysen durchgeführt. Dabei kamen spezialisierte Verfahren wie GAGE-seq sowie die räumliche Transkriptomik zum Einsatz.

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Zur Auswertung der komplexen Datensätze griffen die beteiligten Wissenschaftler zudem auf das KI-Modell Hicformer zurück. Diese Kombination aus molekularbiologischen Methoden und künstlicher Intelligenz ermöglichte es, die räumliche Anordnung der Genomregionen präzise zu kartieren.

Auswirkungen des „Compartment Mingling“ auf die Genaktivität

Ein wesentlicher Befund der Untersuchungen ist ein Phänomen, das als gesteigertes „Compartment Mingling“ beschrieben wird. In gesunden Zellen sind bestimmte Bereiche des Genoms (Kompartimente) klar voneinander getrennt. Bei Alzheimer-Patienten scheinen diese Grenzen jedoch zunehmend zu verschwimmen.

Die Analysen ergaben, dass in den betroffenen Gehirnzellen die Kontakte zwischen nahe beieinander liegenden Genomregionen abnehmen. Gleichzeitig wurde eine Zunahme von Interaktionen zwischen weit entfernten Regionen beobachtet.

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Diese veränderte Architektur bleibt nicht ohne Folgen für die zelluläre Funktion. Durch die räumliche Umstrukturierung kommt es zu weniger Kontakten zwischen einzelnen Genen und ihren steuernden Regulatoren. Dies führt dazu, dass spezifische Genprogramme, die für die ordnungsgemäße Funktion von Neuronen und Synapsen notwendig sind, eine geringere Aktivität aufweisen. Die strukturelle Instabilität der DNA scheint somit unmittelbar zum Funktionsverlust der Nervenzellen beizutragen.

Methodik und institutionelle Einordnung

Die Tragweite dieser Forschungsergebnisse wird durch die hohe Zahl der Betroffenen unterstrichen. Laut der vorliegenden Studie leiden allein in den Vereinigten Staaten etwa 7 Mio. Amerikaner an Alzheimer. Die Suche nach neuen therapeutischen Angriffspunkten jenseits der klassischen Plaque-Hypothesen gilt daher als vordringlich.

An der Durchführung der Studie waren mehrere renommierte Institutionen beteiligt, darunter die Carnegie Mellon University (CMU), die University of Pittsburgh (Pitt) sowie die University of Washington (UW). Gefördert wurde das Forschungsvorhaben von den National Institutes of Health (NIH).

Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die Untersuchung der 3D-Genomorganisation als ein vielversprechendes Feld für die Entwicklung künftiger Behandlungsstrategien dienen kann, indem sie die grundlegenden Mechanismen der Genregulation im erkrankten Gehirn adressiert.

de | wissenschaft | 70095877 |