Alzheimer-Krankheit: Zirkadianer Rhythmus steuert Gene im Gehirn

Der tägliche Rhythmus der Genaktivität unterscheidet sich je nach Zelltyp und hängt zugleich vom Gesundheitszustand der Zellen ab. Das zeigt eine aktuelle Studie, die neue Einzelheiten über den Zusammenhang zwischen der Alzheimer-Krankheit und dem Funktionsrhythmus unseres Gehirns liefert.

Dieser Zyklus wird zirkadianer Rhythmus genannt. Er bestimmt, wann wir aufstehen und wann wir schlafen gehen, und sorgt darüber hinaus dafür, dass zahlreiche innere biologische Vorgänge innerhalb jedes 24-Stunden-Zyklus verlässlich zum richtigen Zeitpunkt ablaufen.

Schlafstörungen wurden bereits zuvor mit Alzheimer in Verbindung gebracht. Deshalb untersuchte ein Forschungsteam der Washington University School of Medicine (WashU Medicine) genauer, wie sich die zirkadianen Rhythmen von Genen verhalten, die mit Risikofaktoren für die Krankheit assoziiert sind.

Zirkadiane Rhythmen von Alzheimer-Genen

Die Forschenden verglichen die Gehirne von Mäusen mit einem Alzheimer-ähnlichen Zustand in verschiedenen Altersstufen mit denen gesunder Mäuse. Dabei erfassten sie die Aktivität wichtiger Gene in zwei bestimmten Zelltypen: Astrozyten, die Nervenzellen unterstützen, sowie Mikroglia, also Immunzellen. Anschließend bestätigten sie die Ergebnisse anhand menschlichen Gewebes.

„Es gibt 82 Gene, die mit dem Risiko für die Alzheimer-Krankheit in Verbindung gebracht wurden, und wir haben festgestellt, dass der zirkadiane Rhythmus die Aktivität von etwa der Hälfte davon steuert“, sagt der Neurologe Erik Musiek von WashU Medicine.

„Das Wissen, dass viele dieser Alzheimer-Gene durch den zirkadianen Rhythmus reguliert werden, eröffnet uns die Möglichkeit, therapeutische Behandlungen zu finden, mit denen wir sie beeinflussen und das Fortschreiten der Krankheit verhindern können.“

Anders ausgedrückt: Die inneren Uhren, welche das Verhalten unserer Zellen steuern, üben erheblichen Einfluss auf mehrere Gene aus, die mit der Alzheimer-Pathologie verbunden sind. Dies könnte die normale Gehirnfunktion beeinträchtigen, insbesondere die Fähigkeit des Gehirns, giftige Abfallstoffe zu beseitigen.

Die Alzheimer-Mäuse waren gentechnisch so verändert worden, dass sie im Gehirn Amyloid-beta-Proteinplaques entwickelten, die zusammen mit der Krankheit auftreten. Noch ist unklar, ob diese Ablagerungen den Rhythmus stören oder ob ein gestörter Zyklus die Plaquebildung auslöst. Die Forschenden vermuten jedoch, dass veränderte zirkadiane Uhren Anlass zur Sorge geben könnten.

Schlafrhythmus, Alterung und Gehirnfunktion

Das fügt sich in das bereits bekannte Bild von Alzheimer ein, denn die Krankheit kann die alltäglichen Abläufe unseres Körpers beeinträchtigen. Für die zunehmende Verwirrtheit, die am späten Nachmittag oder frühen Abend auftreten kann, gibt es sogar eine Bezeichnung: das Sundowning-Syndrom.

„Zirkadiane Rhythmen der Genexpression sind zellabhängig und kontextabhängig und liefern wichtige Erkenntnisse über die Funktion von Gliazellen bei Gesundheit, Alzheimer-Krankheit und Alterung“, schreiben die Forschenden in ihrer veröffentlichten Arbeit.

Schätzungsweise verändert etwa ein Fünftel der Gene im menschlichen Genom seine Aktivität als Reaktion auf die inneren Uhren des Körpers. Dadurch werden Prozesse wie Verdauung, Schlaf und die Reparatur des Körpers beeinflusst.

Da nun Hinweise auf tägliche Schwankungen in von Neurodegeneration betroffenen Gehirnzellen vorliegen, können Forschende untersuchen, wie sich die Folgen der Pathologie abschwächen lassen. Eine Art „Zurücksetzen der Uhr“ bei Genen, die für die Gehirnfunktion entscheidend sind, könnte einen Schutz vor Alzheimer bieten.

„Wir müssen noch vieles verstehen, aber entscheidend ist letztlich der Versuch, die Uhr auf irgendeine Weise zu beeinflussen: sie stärker oder schwächer zu machen oder sie in bestimmten Zelltypen auszuschalten“, sagt Musiek.

„Letztlich hoffen wir herauszufinden, wie sich das zirkadiane System optimieren lässt, um die Ansammlung von Amyloid und andere Aspekte der Alzheimer-Krankheit zu verhindern.“

Die Studie wurde in Nature Neuroscience veröffentlicht.