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Neurodegenerative (NDG) Erkrankungen verstehen

Was ist eine neurodegenerative Erkrankung?

Neurodegeneration ist der fortschreitende Verlust der Struktur und Funktion von Nervenzellen. Dies schließt den Tod von Nervenzellen und den Verlust der Homöostase von Gliazellen mit ein, die zu kognitiver Behinderung, einschließlich Demenz, führen. Neben anderen Ursachen können neurodegenerative Erkrankungen altersbedingt auftreten (Alzheimer-Krankheit (AK), Parkinson-Krankheit (PK)) oder auf genetischen Mutationen beruhen, die die Funktion von Zellen des ZNS beeinträchtigen (Huntington-Krankheit (HK) oder früh einsetzende AK, Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)).

Die pathologischen Merkmale der AK sind Plaques und sogenannte Tangles (Neurofibrillenbündel) im Gehirn. Plaques sind aus Amyloid-Beta und anderen Proteinen zusammengesetzt. Tangles bestehen hauptsächlich aus hyperphosphoryliertem Tau-Protein. Die Identifizierung von für die Erkrankung verantwortlichen Proteinen hat die Entwicklung spezifischer Antikörper ermöglicht. In der Forschung spielen diese Produkte eine Hauptrolle bei der Untersuchung der Expression und Ablagerung der Amyloid-Beta-, Tau- und anderer Proteine, die am Fortschreiten neurodegenerativer Erkrankungen beteiligt sind.

Die Erforschung der Alzheimer-Krankheit

Da die AK schätzungsweise 50 Millionen Menschen weltweit betrifft und über das nächste Jahrzehnt eine stetige Zunahme erwarten wird, ist eine große Belastung für die globale Gesundheitsversorgung absehbar. Die AK weist eine charakteristische Aggregation von Proteinen zu Tangles und Plaques auf, sowie den Tod von Nerven- und Gliazellen und eingeschränkte kognitive Funktionen aufgrund von Alterung oder genetischen Mutationen. In diesen Krankheitsstadien tritt als Antwort auf die zu Tangles und Plaques aggregierten Proteine oder andere Stimuli eine chronische Entzündung auf. Diese Neuroinflammation trägt zum Ableben von Zellen, einschließlich Nervenzellen, Astrozyten und Oligodendrozyten, und zum Fortschreiten der Erkrankung bei.

Derzeit gibt es keine Heilmethode für die AK und daher ist das Einwirken auf bestimmte genetische Mutationen und Proteinprodukte, deren Beteiligung am Krankheitsverlauf bekannt ist, ein Gebiet intensiver therapeutischer Forschung.

Die Erforschung der Parkinson-Krankheit

Die Parkinson-Krankheit (PK) ist eine Erkrankung, die mit Fehlfunktionen der Bewegungs- und schließlich der kognitiven Fähigkeiten einhergeht. Sie hat ebenfalls eine altersbedingte und genetische Grundlage und weist im Vergleich zur AK eine komplexere Aggregation von Proteinen auf. Obwohl die meisten PK-Fälle idiopathisch (ohne erkennbare Ursache) auftreten, sind für einige genetische Mutationen bekannt, wodurch die Suche nach neuartigen Therapeutika verkompliziert wird.

IF-Abbildung von #4179

IF-Abbildung von #4179: Konfokale Immunfluoreszenz-Analyse des normalen Kleinhirns, Hippocampus und Stratium der Ratte mittels α-Synuclein (D37A6) XP® Rabbit mAb #4179 (grün). Blaue Pseudofarbe = DRAQ5® #4084 (Fluoreszenz-DNA-Farbstoff).

Die Erforschung der Multiplen Sklerose

Die Multiple Sklerose (MS) tritt als Ergebnis eines Angriffs des Immunsystems auf die Myelinscheiden auf, die die Nervenzellen sowohl im Gehirn als auch im Rückenmark umgeben. Dies hat eine mangelhafte Kommunikation zwischen den Nervenzellen und eine Schwächung der Axone zur Folge. MS manifestiert sich in Form von nachlassenden körperlichen Fähigkeiten und kann auch Veränderungen im Sehvermögen, der Schmerzverarbeitung und der Sprache verursachen. Während Geschlecht, Rasse und Umweltfaktoren Risikofaktoren für die MS darstellen, ist die genaue Ursache weiterhin unbekannt.

Als Biomarker für MS dienen MRT-Untersuchungen. Die Verfügbarkeit eines Biomarkers ermöglichte eine erfolgreiche Entwicklung von Therapien zur Einschränkung der Erkrankung.

Erforschung der Amyotrophen Lateralsklerose

Die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) beeinträchtigt die Motoneurone in Gehirn und Rückenmark. Dies führt zur Degeneration und zum Tod dieser Zellpopulation. ALS-Patienten verlieren letztendlich die Fähigkeit zu sprechen, sich zu bewegen und zu atmen. Obwohl die ursächlichen Zusammenhänge der ALS nicht bekannt sind, stehen bestimmte Mutationen mit der Krankheitsentwicklung im Zusammenhang und sind ein Gebiet intensiver Forschung.

Die Erforschung der Huntington-Krankheit

Die Huntington-Krankheit (HK) ist eine tödliche neurodegenerative Erkrankung, die sich durch psychiatrische, kognitive und motorische Fehlfunktionen auszeichnet. Die genetische Analyse der HK war das Flaggschiff der Erforschung vererbter neurologischer Erkrankungen, angefangen bei der chromosomalen Lokalisierung bis hin zur Identifizierung des Huntingtin-Gens. Es wurde gezeigt, dass eine Zunahme der CAG-Repeats über mehr als 34 Repeats hinaus eine Krankheitsentstehung in betroffenen Personen bewirken kann. Mutiertes Huntingtin-Protein kann sich zusammenlagern, sich negativ auf die Funktion und den Stoffwechsel von Mitochondrien auswirken und die Expression trophischer Faktoren, darunter des Brain-derived Neurotrophic Factor (BDNF), unterdrücken.

Wesentliche Prozesse neurodegenerativer Erkrankungen

  • Fehlfaltung und Aggregation von Proteinen – Die Zusammenlagerung (Aggregation) falsch gefalteter Proteine führt zur Bildung von Neurofibrillenbündeln und Plaques, die zytotoxisch auf Nervenzellen wirken.

  • Neuroinflammation – Als Antwort auf Signale wie toxische Angriffe (z. B. Proteinaggregate), Infektionen, traumatische Verletzungen oder Autoimmunität auftretende Entzündungen im ZNS. Zellen des Immunsystems (Mikroglia, Makrophagen) und Astrozyten versuchen, einen schädlichen Stimulus im ZNS zu beseitigen, um die Gehirnfunktion zu schützen. Dieser Prozess kann in neurodegenerativen Erkrankungen fehlerhaft sein.
  • Veränderte Signalübermittlung von Zellen – Jüngste Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass eine abnormale Zell-Zell-Kommunikation, zum Beispiel ein unterbrochenes präsynaptisches Eingangssignal, sowie Störungen in der intrazellulären Signaltransduktion zur Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen beitragen.
  • Zunahme von Seneszenz/Zelltod – Mutationen in Proteinen, die in den Signalwegen des Zelltods mitwirken, darunter Apoptose, Nekroptose und Autophagie, stehen mit dem Fortschreiten neurodegenerativer Erkrankungen im Zusammenhang. Eine gestörte Signaltransduktion, Fehlfunktionen in Mitochondrien, eine eingeschränkte Autophagie und die Aktivierung des Nekrosoms durch Stress/Entzündungen sind nur ein paar der Faktoren, die zum Tod von Nervenzellen führen.

  • Eingeschränkte Zellbeweglichkeit – Neueste Studien haben gezeigt, dass einige an der AK beteiligte Proteine mit der Regulation der neuronalen Migration in Verbindung stehen. Um festzustellen, in welchem Ausmaß eine eingeschränkte Beweglichkeit von Zellen neurodegenerative Erkrankungen vorantreibt, sind weiterführende Forschungen erforderlich. Darüber hinaus ist ein besseres Verständnis darüber notwendig, wie Immunzellen zu Plaques oder Entzündungsgebieten wandern.
  • Epigenetik – Die Methylierung von DNA und die Modifizierung von Histonen wurden kürzlich mit der AK und PK in Zusammenhang gebracht. Die genauen Auswirkungen auf die Erkrankungen sind jedoch unklar. Veränderungen der Umgebung und das Einwirken auf Positionen, die möglicherweise anfällig für epigenetische Veränderungen sind, ist ein wachsendes Forschungsgebiet in der Entwicklung von Therapien gegen Neurodegeneration.
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