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Alzheimer: Wie wachsen Tau-Verwicklungen?

Neue Forschung in der Zeitschrift für biologische Chemie bricht den Prozess ab, durch den Tau-Verwicklungen wachsen, solange sie es tun. Die Ergebnisse könnten zu neuen Therapien führen, die auf die Bildung von Tau-Aggregaten bei der Alzheimer-Krankheit abzielen.


Die Forscher wussten, dass Alzheimer-verwandte Tau-Aggregate aus einer kleinen Anzahl langer Tau-Fibrillen bestanden.

Eines der Markenzeichen der Alzheimer-Krankheit ist das sogenannte Tau-Tangle. Tau ist ein Protein, das in den Axonen der Nervenzellen enthalten ist.

Insbesondere hilft Tau dabei, Mikrotubuli zu bilden - essentielle Strukturen, die Nährstoffe in Nervenzellen transportieren.

In einem gesunden Gehirn hilft das Tau-Protein, dass diese Mikrotubuli gerade und kräftig bleiben. Bei Alzheimer bricht Tau jedoch zu Aggregaten zusammen, die als Tangles bezeichnet werden. In diesem Fall können die Mikrotubuli den Transport von Nährstoffen und anderen essentiellen Substanzen in den Nervenzellen nicht mehr aufrechterhalten, was schließlich zum Zelltod führt.

Wie giftig und schädlich diese Tau-Verwicklungen sein können und wie weit sie sich ausbreiten können, hängt von ihrer Länge ab. Bislang wussten die Wissenschaftler jedoch nicht, warum einige Tau-Verwicklungen länger sind als andere in Alzheimer oder wie diese Aggregate überhaupt so lange wachsen.

Nun haben Wissenschaftler der Ohio State University in Columbus ein mathematisches Modell entwickelt, mit dessen Hilfe sie erklären können, welche biologischen Prozesse hinter der Bildung von Tau-Tangles stecken.

Die neue Studie, die von Carol Huseby, Jeff Kuret und Ralf Bundschuh durchgeführt wurde, erklärt, wie die Verwicklungen wachsen und unterschiedliche Längen erreichen.

Wie sich Tau-Fibrillen verlängern

Huseby und Kollegen begannen mit einem grundlegenden zweistufigen Modell der Tau-Aggregation. Schritt eins besteht aus zwei Tau-Proteinen, die sich langsam miteinander verbinden, und Schritt zwei beinhaltet, dass sich zusätzliche Tau-Moleküle an die beiden Proteine ​​anheften.

Die Forscher erweiterten dieses Basismodell um zusätzliche Verhaltensweisen für Tau-Fibrillen. Wissenschaftler haben zuvor beschrieben, dass Fibrillen "die Verwicklungen verwirrt" haben.

Das geänderte Modell sagte voraus, dass das Tau-Protein in mehrere kurze Fibrillen zerfallen würde. Die Forscher wussten jedoch, dass Tau-Verwicklungen unter dem Mikroskop lange, nicht kurze Fibrillen zeigen.

In einem Versuch, die Diskrepanz zwischen dem vorhergesagten Modell und der mikroskopischen Realität zu erklären, fragten sich die Forscher, ob sich kürzere Fibrillen ähnlich wie Haarverlängerungen zu langen Fibrillen zusammenfügten.

Weitere Experimente, in denen die Wissenschaftler Tau-Fibrillen mit fluoreszierenden Farben markierten, zeigten, dass lange Fibrillen tatsächlich aus kürzeren, andersfarbigen Fibrillen bestanden, die sich an den Enden zusammengefügt hatten.

Nach Kenntnis der Autoren zeigen diese Ergebnisse zum ersten Mal, dass Tau-Fibrillen durch Hinzufügen von mehr als nur einem einzelnen Protein an Größe zunehmen können. Vielmehr können kürzere Fibrillen aneinander haften, wodurch sich die Fibrille schneller verlängert.

Studien-Co-Autor Kuret erklärt, dass die Ergebnisse Aufschluss darüber geben können, wie sich Tau verwickelt - und implizit die Krankheit selbst - von einem aus ausbreiten kann Zelle zu einem anderen. Sobald eine lange Fibrille "in kleine Stücke zerbrochen ist, können diese diffundieren und ihre Bewegung von Zelle zu Zelle erleichtern", sagt er.

Darüber hinaus, so die Forscher, helfen die Ergebnisse, aufzuklären, wie Tau-Fibrillen hunderte Nanometer lang werden können. Dieses Wissen kann auch zu einer neuen Klasse von Medikamenten führen, die die Aggregation von Tau verhindern könnten.

In Zukunft planen die Wissenschaftler, ihr Modell zu ändern, um den vielen Nuancen Rechnung zu tragen, die das Tau-Protein so komplex machen. In dieser Versuchsreihe wurde beispielsweise nur ein Typ von Tau verwendet, es gibt jedoch sechs Isoformen des Proteins. Auch chemische Prozesse wie die Phosphorylierung können die Struktur des Proteins weiter verändern.

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