USP15-Varianten: Mutation stört Autophagie und Neubildung von Nervenzellen

In der Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen rückt der Abbau fehlerhafter Proteine zunehmend in das Zentrum wissenschaftlicher Analysen. Ein fehlerhafter Ablauf der Autophagie – jenes zellulären Recyclingsystems, das toxische Ablagerungen beseitigt – wird vermehrt als ein früher Auslöser pathologischer Veränderungen bei Morbus Alzheimer und verwandten Erkrankungen diskutiert. Aktuelle Veröffentlichungen beleuchten die komplexen Wechselwirkungen zwischen zellulärer Müllabfuhr, Gliazellen und Proteinaggregaten.

Frühe Defizite vor der Ablagerung von Amyloid und Tau

In einer peer-reviewten Fachpublikation in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) wird dargelegt, dass Störungen der Autophagie den klassischen Kennzeichen der Alzheimer-Erkrankung vorausgehen könnten. Dem vorgeschlagenen Modell zufolge beeinträchtigt Amyloid-? die Bindung von Tau an Mikrotubuli, was in der Folge zu einer Instabilität der Mikrotubuli sowie zur Tau-Aggregation führt.

Vor diesem Hintergrund wird auch an pharmakologischen Ansätzen gearbeitet: Der Wirkstoffkandidat Blarcamesine des Unternehmens Anavex soll über den Rezeptor SIGMAR1 die Autophagie wiederherstellen. Ein klinischer Nutzen für Betroffene ist durch diesen mechanistischen Befund jedoch nicht belegt.

Astrozyten und die Rolle von BAG3 in der Proteostase

Neben Neuronen spielen auch Stützzellen des Gehirns eine tragende Rolle bei der Beseitigung von Proteinansammlungen. Eine in PNAS erschienene Untersuchung beschreibt, dass das Protein BAG3 maßgeblich die Proteostase in Astrozyten steuert. Ein Verlust von BAG3 führte in den Experimenten zu einer verminderten Autophagie, reduzierte die Funktion von Lysosomen sowie des Proteasoms und veränderte über VPS35 die Retromer-Aktivität.

Wurden solche BAG3-defizienten Astrozyten zusammen mit Neuronen kultiviert, die Mutationen in APP/PSEN1 trugen, verarbeiteten die Gliazellen Amyloid-? signifikant schlechter. Die Erkenntnisse aus iPSC-Modellen, Omics-Analysen und menschlichem Hirngewebe machen BAG3 zwar zu einem potenziellen Ansatzpunkt für künftige Therapien, eine klinische Wirksamkeit am Menschen wurde bislang jedoch nicht demonstriert.

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Genetische Varianten von USP15 stören die Neurogenese

Einen weiteren Mechanismus identifizierten Fachleute laut dem Journal of Clinical Investigation (JCI) im Zusammenhang mit dem Gen USP15. Bei Betroffenen wurden drei de-novo-Varianten unklarer Bedeutung festgestellt: p.Gly223Asp, p.Gly889Glu und p.Met978Val.

In einem Knock-in-Mausmodell mit der Mutation p.Met978Val führte eine abnorme Anreicherung von USP15 im Zytoplasma zu Funktionsstörungen bei der Selbterneuerung und Differenzierung neuraler Vorläuferzellen. Infolgedessen sank der neuronale Output und die Seitenventrikel vergrößerten sich.

Die Forschenden stellten fest, dass USP15 den Autophagieprozess über das Protein ATG16L1 beeinträchtigte. Gelang es im Modell, das Gleichgewicht der Ubiquitinierung wiederherzustellen, normalisierten sich sowohl die Autophagie als auch die Neubildung von Nervenzellen.

Strukturelle Vielfalt durch veränderte Ubiquitin-Muster

Dass Fehler im zellulären Abbausystem auch die Gestalt toxischer Aggregate direkt beeinflussen, zeigt eine in Nature Structural & Molecular Biology veröffentlichte Studie. Die Analyse von Tau-Filamenten aus dem Gehirngewebe von Patienten mit Alzheimer sowie mit vakuolärer Tauopathie ergab im Mausgehirn unterschiedliche Pathologiemuster. Bei der vakuolären Tauopathie wiesen die Forschenden fünf eigenständige Filamenttypen nach.

Ausschlaggebend für die Formierung war unter anderem die räumliche Anordnung von Polyubiquitin-Ketten: Eine Verschiebung dieser Positionen veränderte bei einigen Filamenten die Kontaktflächen zwischen den Protofilamenten und ließ bislang nicht beobachtete Strukturen entstehen.

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Die Summe der präklinischen Befunde verdeutlicht, dass Störungen des zellulären Recyclings nicht nur eine Folge, sondern ein zentraler Treiber pathologischer Kaskaden im Gehirn sein können.

de | wissenschaft | 70260802 |