Protein-Kartierung liefert neue Erkenntnisse zum alternden Gehirn

Martin Dichgans, Professor am Institut für Schlaganfall- und Demenzforschung am LMU-Klinikum und einer der Verantwortlichen im Exzellenzcluster SyNergy, erklärte, dass das Transkriptom, also die in den Endothelzellen enthaltene RNA, inzwischen recht umfassend kartiert sei. Er fügte hinzu, dass bisher jedoch Daten zum Proteom, der Gesamtheit aller Proteine in den Zellen, fehlten.

Was bedeutet Protein-Kartierung? Gemeint ist die systematische Erfassung von Proteinen in einer Zelle oder in einem Zelltyp. Während die RNA-Sequenzierung vor allem zeigt, welche Bauanleitungen aktiv sind, beschreibt die Proteomik, welche Proteine tatsächlich vorhanden sind und Prozesse direkt mitprägen. Gerade bei Alterungsprozessen können beide Ebenen unterschiedliche Hinweise liefern.

Eine kürzlich im Fachmagazin Nature Aging veröffentlichte Studie unter maßgeblicher Beteiligung von Forschenden der LMU und SyNergy schließe nun diese Wissenslücke. Das Team habe ein spezielles Protokoll zur Anreicherung von Hirnendothelzellen der Maus entwickelt, um altersabhängige Veränderungen in der Proteinzusammensetzung aufzulösen.

Die Ergebnisse zeigten Fehlregulationen von Schlüsselmolekülen bei der Stoffaufnahme in die Zellen, dem Rezeptorrecycling und dem Abbau von Stoffen im Lysosom. Ein Rückgang von Proteinen, die am Vesikel-vermittelten Transport beteiligt seien, gehöre zu den auffälligsten Veränderungen. Die Studie liefere auch Belege dafür, dass ein Mangel des im Fettstoffwechsel relevanten Apolipoproteins E die Alterung beschleunigen könne.

Dichgans erklärte weiter, dass die Ergebnisse Erkenntnisse aus Studien zur RNA-Sequenzierung von Hirnendothelzellen im Verlauf des Alterns ergänzten und erweiterten. Der Proteomik-Ansatz erfasse Prozesse, die auf der RNA-Ebene nicht erkannt würden. Insgesamt biete die Studie einen Rahmen für das Verständnis wichtiger endothelialer Signalwege während der Alterung und diene als Datengrundlage für zukünftige Analysen der Gehirnendothel-Funktion. Die Daten zur altersabhängigen Proteinhäufigkeit des Maus-Endothels stünden in einer öffentlich zugänglichen Datenbank zur Verfügung.

Basierend auf einer Pressemitteilung von Ludwig-Maximilians-Universität München vom 22.03.2024

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Welche Folgen haben die gefundenen Veränderungen?

Die beschriebenen Veränderungen deuten darauf hin, dass alternde Hirnendothelzellen Stoffe weniger effizient aufnehmen, weiterleiten und abbauen können. Wenn Rezeptoren nicht mehr zuverlässig recycelt werden oder der vesikelvermittelte Transport nachlässt, kann das die Versorgung und den Austausch zwischen Blut und Gehirn beeinträchtigen.

Auch der Hinweis auf das Lysosom ist wichtig: Diese Zellbestandteile sind am Abbau und an der Wiederverwertung von Stoffen beteiligt. Wenn solche Prozesse gestört sind, können sich Belastungen in der Zelle aufbauen. Genau solche Zusammenhänge machen Proteom-Daten für die Altersforschung so wertvoll.

Worin unterscheidet sich Proteomik von RNA-Sequenzierung?

RNA-Sequenzierung zeigt, welche Gene aktiv abgelesen werden. Proteomik geht einen Schritt weiter und macht sichtbar, welche Proteine tatsächlich in der Zelle vorhanden sind. Beides ergänzt sich, weil zwischen RNA und Protein immer noch biologische Zwischenschritte liegen.

Gerade bei Alterungsprozessen kann dieser Unterschied entscheidend sein: Eine Zelle kann auf RNA-Ebene noch aktiv wirken, während sich auf Proteinebene bereits Störungen zeigen. Deshalb liefern beide Methoden zusammen ein vollständigeres Bild.

Warum ist das für das alternde Gehirn wichtig?

Das Gehirn ist auf einen präzisen Austausch zwischen Blutgefäßen und Nervengewebe angewiesen. Wenn die Endothelzellen der Blut-Hirn-Schranke mit dem Alter ihre Funktionen verändern, kann das weitreichende Folgen für den Stofftransport, die Signalweitergabe und die allgemeine Stabilität des Gewebes haben.

Die Studie hilft daher nicht nur, einzelne Proteinänderungen zu benennen, sondern auch besser zu verstehen, an welchen Stellen Alterung in den zellulären Ablauf eingreift.

FAQ: Häufige Fragen zur Protein-Kartierung im alternden Gehirn

Was ist mit Protein-Kartierung gemeint?

Damit ist die gezielte Analyse gemeint, welche Proteine in bestimmten Zellen vorhanden sind und wie sie sich verändern.

Warum sind Hirnendothelzellen so wichtig?

Sie bilden einen zentralen Teil der Blut-Hirn-Schranke und steuern, was zwischen Blut und Gehirn ausgetauscht wird.

Warum reichen RNA-Daten allein nicht aus?

Weil RNA nicht immer direkt zeigt, welche Proteine tatsächlich aktiv sind. Erst die Kombination beider Ebenen ergibt ein vollständigeres Bild.

Was ist der praktische Nutzen der Studie?

Die Ergebnisse liefern eine Grundlage, um Alterungsprozesse an der Blut-Hirn-Schranke genauer zu untersuchen und künftige Analysen besser einzuordnen.