Gehirnalterung: Drei Systeme versagen gleichzeitig zwischen 50 und 75

In einer aktuellen Untersuchung, die im Fachjournal Science veröffentlicht wurde, haben Wissenschaftler unter der Leitung von Nathan Zemke und Bing Ren vom New York Genome Center tiefgreifende Veränderungen im menschlichen Gehirn identifiziert.

Die unter Mitwirkung der Columbia University, der UC San Diego und der UC Irvine durchgeführte Studie zeigt, dass im Hippocampus in der Lebensspanne zwischen 50 und 75 Jahren drei biologische Systeme nahezu gleichzeitig versagen. Diese Erkenntnisse basieren auf der Analyse von postmortem Gewebe und geben neue Einblicke in die strukturelle Degeneration während des Alterns.

Der dreifache Systemausfall im Alterungsprozess

Die Forscher beobachteten eine fundamentale Umstrukturierung der zellulären und genetischen Architektur des Gehirns. Ein zentraler Aspekt ist der Ersatz embryonaler Mikroglia durch inflammatorische, aus dem Blut stammende Zellen. Parallel dazu verliert die Blut-Hirn-Schranke essenzielle Zellpopulationen, welche für deren Erhalt notwendig sind. Als dritter Faktor erodiert die globale 3D-Genomarchitektur innerhalb der Gehirnzellen.

Die Autoren der Studie heben hervor, dass dieses gleichzeitige Kollabieren der drei Systeme eine kritische Phase für die Gehirngesundheit darstellt. Da es sich um eine Beobachtungsstudie an postmortem Gewebe handelt, ist ein direkter Kausalnachweis derzeit nicht möglich.

Die Forschungsarbeit wurde im Rahmen des NIH-Programms 4D Nucleome gefördert und unterstreicht die Notwendigkeit präventiver Maßnahmen, bevor diese systemischen Ausfälle eintreten.

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Molekulare Schutzmechanismen und immunologische Alterung

Ergänzende Forschungsergebnisse, die in Nature Neuroscience veröffentlicht wurden, weisen auf die Bedeutung spezifischer Proteine für den Schutz der Hirn-Immunzellen hin.

Ein Team um den Seniorautor Paolo Salomoni vom DZNE und der Universität Bonn untersuchte das Chromatin-Protein DAXX. Dieses Protein sorgt dafür, dass Heterochromatin kompakt bleibt und unterdrückt die Aktivität von Retrotransposons, die über 40 Prozent des menschlichen Genoms ausmachen.

Untersuchungen an Mäusen sowie Daten der Rheinland-Studie mit über 3.000 gesunden Teilnehmern zeigen, dass die Präsenz von DAXX in den Mikroglia mit zunehmendem Alter sinkt. Ein Verlust dieses Proteins führt laut den Wissenschaftlern zu einer Dekompaktierung des Chromatins, was wiederum DNA-Schäden, Zellalterung (Seneszenz) und Neuroinflammation zur Folge haben kann.

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Strukturelle Transportprozesse und zelluläre Karten

Weitere Details zur zellulären Stabilität liefert eine Studie der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) unter der Leitung von Jan-Philipp Machtens. Im Fachmagazin Nature Communications wurde die Rolle des Transporters SLC26A11 in der Lysosomen-Membran beschrieben. Dieser exportiert Sulfat und fungiert gleichzeitig als Chloridkanal.

Störungen dieses Mechanismus können zu lysosomalen Speicherkrankheiten wie dem Sanfilippo-Syndrom führen, was den Transporter als potenziellen Ansatzpunkt für Therapien bei neurologischen Erkrankungen markiert.

Um die Alterungsprozesse auf systemischer Ebene besser zu verstehen, wurde zudem ein erster multimodaler Zellatlas des Affenhirns erstellt. Forscher der Xidian-Universität analysierten hierfür rund drei Millionen Zellkerne aus acht Hirnregionen von Javaneraffen. Die Ergebnisse zeigen, dass die stärkste Alterungslast in Regionen wie der Pons und der Medulla oblongata liegt.

KI-gestützte Analyse der Organalterung

Fortschritte in der Diagnostik ermöglichen zudem eine präzisere Bestimmung des biologischen Alters verschiedener Organe. Eine österreichische Studie wertete mittels künstlicher Intelligenz über 25.000 Gewebeschnitte aus der GTEx-Datenbank aus. Die Analyse ergab, dass verschiedene Gewebe unterschiedlich schnell altern.

Insbesondere Organe wie Lunge, Niere und Bauchspeicheldrüse zeigen demnach bereits zwischen dem 20. und 40. Lebensjahr Anzeichen einer beschleunigten Alterung. Diese blutbasierten und bildgebenden Modelle erlauben es zunehmend, Alterungsmuster mit Erkrankungen wie Alzheimer oder Schlaganfällen in Verbindung zu bringen.

de | wissenschaft | 70111032 |