Studie klärt, wie Spermin vor Alzheimer und Parkinson schützen kann

Studie klärt, wie Spermin vor Alzheimer und Parkinson schützen kann

Forscher des Paul Scherrer Instituts PSI haben aufgeklärt, wie Spermin – ein kleines Molekül, das viele Prozesse in den Körperzellen reguliert – Krankheiten wie Alzheimer und Parkinson vorbeugen kann: Es macht bestimmte Proteine ​​unschädlich, indem es ein bisschen wie Käse auf Nudeln wirkt und sie verklumpen lässt. Diese Entdeckung könnte helfen, solche Krankheiten zu bekämpfen. Die Studie wurde jetzt in der Fachzeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation.

Unsere Lebenserwartung steigt weiter – und damit auch die Häufigkeit altersbedingter Erkrankungen, darunter neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson. Diese Krankheiten werden durch Ansammlungen schädlicher Proteinstrukturen im Gehirn verursacht, die aus falsch gefalteten Amyloidproteinen bestehen. Ihre Form erinnert an Fasern oder Spaghetti. Bisher gibt es keine wirksame Therapie, um solche Ansammlungen zu verhindern oder zu beseitigen.

Doch ein natürlich im Körper vorkommendes Molekül namens Spermin gibt Hoffnung. Forscher um Studienleiter Jinghui Luo vom Zentrum für Lebenswissenschaften am Paul Scherrer Institut PSI haben in Experimenten herausgefunden, dass dieser Stoff in der Lage ist, die Lebensdauer kleiner Nematodenwürmer zu verlängern, ihre Mobilität im Alter zu verbessern und die Kraftwerke ihrer Zellen – die Mitochondrien – zu stärken. Konkret beobachteten die Forscher, wie Spermin das körpereigene Immunsystem dabei unterstützt, nervenschädigende Ansammlungen von Amyloidproteinen zu beseitigen.

Die neuen Erkenntnisse könnten als Grundlage für die Entwicklung neuartiger Therapien für solche Erkrankungen dienen.

Ein zentraler Vermittler zellulärer Prozesse

Sperma ist ein lebenswichtiger Stoff für den Organismus. Es gehört zu den sogenannten Polyaminen, bei denen es sich um relativ kleine organische Moleküle handelt. Das vor mehr als 150 Jahren erstmals entdeckte Spermium ist nach der Samenflüssigkeit benannt, da es dort in besonders hoher Konzentration vorkommt. Es kommt aber auch in vielen anderen Zellen des Körpers vor – insbesondere solchen, die aktiv und teilungsfähig sind.

Spermine fördert die Zellmobilität und -aktivität und steuert zahlreiche Prozesse. Es interagiert vor allem mit den Nukleinsäuren des Genoms und reguliert so die Expression von Genen und deren Umwandlung in Proteine. Dadurch wird sichergestellt, dass Zellen richtig wachsen und sich teilen und schließlich absterben können. Spermien spielen auch eine zentrale Rolle bei einem wichtigen zellulären Prozess namens biomolekularer Kondensation: Bei diesem Prozess trennen sich bestimmte Makromoleküle wie Proteine ​​und Nukleinsäuren und sammeln sich in tröpfchenartiger Form innerhalb der Zelle, sodass dort wichtige Reaktionen ablaufen können.

Im Zusammenhang mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson gab es bisher Hinweise darauf, dass Spermin Nervenzellen schützen und altersbedingten Gedächtnisverlust lindern kann. Bisher fehlte jedoch ein genaueres Verständnis darüber, wie Spermin in nervenschädigende Prozesse eingreift – Erkenntnisse, die einen medizinischen Nutzen daraus ableiten könnten.

Unterstützung bei der Beseitigung von Zellmüll

Die Gruppe von Jinghui Luo hat dies nun genauer untersucht. Neben der optischen Mikroskopie nutzten die Forschenden auch die SAXS-Streutechnik an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des PSI, um die molekulare Dynamik dieser Prozesse aufzuklären. Die Untersuchungen wurden sowohl in einer Glaskapillare (in vitro) und in einem lebenden Organismus (in vivo). Als Modellorganismus diente der Fadenwurm C. elegans.

Es zeigte sich, dass Spermin durch biomolekulare Kondensation dafür sorgt, dass sich die schädlichen Proteine ​​ansammeln und gewissermaßen verklumpen. Dies ermöglicht einen Prozess namens Autophagie, der routinemäßig in unseren Zellen abläuft: Beschädigte oder unnötige Proteine ​​werden in kleine Membranvesikel eingewickelt und mit Enzymen sicher abgebaut – praktisch ein natürlicher Recyclingprozess.

Autophagie ist effektiver bei der Behandlung größerer Proteinklumpen. Und Spermin ist sozusagen das Bindemittel, das die Stränge zusammenhält. Zwischen den Molekülen gibt es nur schwach anziehende elektrische Kräfte, die sie zwar organisieren, aber nicht fest miteinander verbinden.“

Jinghui Luo, Studienleiter

Das Ganze, sagt Luo, könne man sich auch wie einen Teller Spaghetti vorstellen. „Das Spermin ist wie Käse, der die langen, dünnen Nudeln verbindet, ohne sie zusammenzukleben, und sie so leichter verdaulich macht.“

Gesucht: die richtige Kombination der Zutaten

Spermien haben auch Einfluss auf andere Krankheiten, darunter beispielsweise Krebs. Auch hier besteht Forschungsbedarf, um die Wirkmechanismen aufzuklären – dann wären Spermin-basierte Therapieansätze denkbar. Neben Spermin gibt es noch viele weitere Polyamine, die wichtige Funktionen im Organismus erfüllen und daher medizinisch interessant sind. Daher hat die Forschung in diesem Bereich großes Potenzial. „Wenn wir die zugrunde liegenden Prozesse besser verstehen“, sagt Luo, „können wir sozusagen schmackhaftere und bekömmlichere Gerichte kochen, denn dann wissen wir genau, welche Gewürze in welchen Mengen die Soße besonders lecker machen.“

Bei dieser Suche kommt auch künstliche Intelligenz zum Einsatz, denn sie kann auf Basis aller verfügbaren Daten viel schneller erfolgsversprechende Kombinationen von „Zutaten für die Soße“ berechnen. Luo weist außerdem darauf hin, dass zeitaufgelöste Streumesstechniken und hochauflösende Bildgebung, die solche Prozesse in Echtzeit und bis auf die subzelluläre Ebene abbilden können, für diese und nachfolgende Studien ebenfalls wichtig sind. Außer am PSI stehen solche Methoden weltweit nur an wenigen anderen Synchrotronanlagen zur Verfügung.

Quellen: