Durch Bewegung aktiviertes Enzym schützt das Gehirn, indem es die Integrität der Blut-Hirn-Schranke erhält
Forschende der UC San Francisco haben gezeigt, dass Bewegung die Leber zur Produktion des Enzyms GPLD1 anregt, das an Gefäßen rund um das Gehirn TNAP von Zellen der Blut-Hirn-Schranke abspaltet. Dadurch nimmt die altersbedingte Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke ab, Entzündungen gehen zurück und die kognitive Leistungsfähigkeit verbessert sich in Mausmodellen.
Forscherinnen und Forscher der UC San Francisco haben einen Mechanismus entdeckt, der erklären könnte, wie Bewegung die Kognition verbessert, indem sie die schützende Barriere des Gehirns stabilisiert. Die Arbeit wurde in der Fachzeitschrift Cell veröffentlicht.
Mit zunehmendem Alter wird das Netzwerk der Blutgefäße, das als Blut-Hirn-Schranke bezeichnet wird, durchlässig, sodass schädliche Substanzen ins Gehirn gelangen können. Das führt zu Entzündungen, die mit kognitivem Abbau in Verbindung stehen und bei Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit beobachtet werden.
Vor sechs Jahren identifizierte das Team ein gehirnverjüngendes Enzym namens GPLD1, das Mäuse in ihrer Leber produzierten, wenn sie sich bewegten. Doch sie konnten nicht verstehen, wie es wirkt, weil es nicht ins Gehirn gelangen kann.
Die neue Studie beantwortet diese Frage. Die Forschenden entdeckten, dass GPLD1 über ein anderes Protein namens TNAP wirkt. Während die Mäuse altern, lagern die Zellen, die die Blut-Hirn-Schranke bilden, TNAP an, wodurch sie undicht wird. Wenn Mäuse jedoch trainieren, produziert ihre Leber GPLD1. Dieses wandert zu den Gefäßen, die das Gehirn umgeben, und spaltet TNAP von den Zellen ab.
Um zu verstehen, wie GPLD1 auf das Gehirn wirkt, betrachtete das Team zunächst seine Hauptaufgabe: bestimmte Proteine von der Zelloberfläche abzuschneiden. Anschließend suchten sie nach Geweben, deren Oberflächenproteine durch das Enzym abgespalten werden könnten. Sie vermuteten, dass sich in einigen Geweben mit zunehmendem Alter mehr dieser Proteine ansammeln.
Die Zellen der Blut-Hirn-Schranke stachen besonders hervor. Auf ihrer Oberfläche fanden sich mehrere potenzielle GPLD1-Zielproteine. Als die Forschenden jedoch jedes dieser Ziele in Reagenzgläsern GPLD1 aussetzten, spaltete es nur eines davon ab: TNAP.
Junge Mäuse, die so verändert wurden, dass sie mehr TNAP in der Blut-Hirn-Schranke aufwiesen, verloren ihre kognitiven Fähigkeiten, als wären sie alt.
Als die Forschenden mithilfe gentechnischer Werkzeuge die Menge an TNAP bei zweijährigen Mäusen – was etwa 70 menschlichen Jahren entspricht – reduzierten, wurde ihre Blut-Hirn-Schranke weniger durchlässig, und die Entzündung im Gehirn nahm ab. Die Mäuse schnitten auch in Gedächtnistests besser ab.
„Wir konnten diesen Mechanismus spät im Leben – jedenfalls für die Mäuse – nutzen, und er funktionierte immer noch“, sagte ein Postdoktorand im Labor und Ko-Erstautor der Studie.
Arzneimittel zu finden, die Proteine wie TNAP abspalten, könnte ein neuer Weg sein, die Blut-Hirn-Schranke zu verjüngen – selbst nachdem sie durch das Alter bereits beeinträchtigt wurde.
„Diese Entdeckung zeigt, wie relevant der Körper ist, um zu verstehen, wie das Gehirn im Alter abbaut“, sagte der Seniorautor der Arbeit, stellvertretender Direktor des UCSF Bakar Aging Research Institute. „Wir decken Biologie auf, die die Alzheimer-Forschung weitgehend übersehen hat. Das könnte neue therapeutische Möglichkeiten jenseits der traditionellen Strategien eröffnen, die sich fast ausschließlich auf das Gehirn konzentrieren.“