Die Rolle der extrazellulären Matrix bei Parkinson

Die Extrazelluläre Matrix (ECM) ist ein Netzwerk aus Proteinen und Zucker, das die Zellen in verschiedenen Geweben des Körpers umgibt und unterstützt. Sie ist besonders wichtig im Gehirn, wo sie etwa 10-20% des Volumens ausmacht. Die ECM ist einzigartig für jeden Gewebetyp, da ihre Zusammensetzung und Struktur von der Art der Zellen und der Umgebung abhängen.

Im Gehirn besteht die ECM aus verschiedenen Proteinen, darunter Kollagene, Glykoproteine und Proteoglykane. Diese Komponenten helfen dabei, wichtige Proteine wie Wachstumsfaktoren zu binden und mit Zellrezeptoren zu interagieren. Diese Interaktion liefert Signale, die für Zellfunktionen wie Überleben, Aktivität und Kommunikation entscheidend sind. Die ECM hilft auch, Nervenzellen in spezifische Bereiche des Gehirns zu organisieren, was zur richtigen Gehirnfunktion beiträgt.

Während der Gehirnentwicklung ist die ECM so strukturiert, dass sie Prozesse unterstützt, die für das Überleben von Neuronen, also reifen Nervenzellen, die normalerweise nicht regenerieren, entscheidend sind. Die Zusammensetzung der ECM ändert sich mit dem Alter. Bei Erwachsenen gibt es weniger Kollagen in der ECM, aber sie spielt weiterhin eine Rolle bei der Verbindung verschiedener Strukturen und der Verhinderung abnormaler Veränderungen in Synapsen, den Verbindungen zwischen Nervenzellen.

Wenn Krankheiten auftreten, kann die Regulation der ECM-Komponenten gestört werden. Viele Veränderungen in der ECM wurden während der Entwicklung von Erkrankungen wie Parkinson (PD) beobachtet. PD ist eine komplexe Erkrankung, die die Bewegung betrifft und oft durch Symptome wie langsame Bewegungen, Tremoren und Steifheit gekennzeichnet ist. Diese Krankheit betrifft hauptsächlich ältere Menschen und wird in den kommenden Jahren aufgrund einer alternden Bevölkerung voraussichtlich häufiger auftreten.

Ein grosses Problem bei PD ist der Verlust von dopaminproduzierenden Neuronen in einem bestimmten Teil des Gehirns, der Substantia nigra. Wenn jemand diagnostiziert wird, können bereits eine beträchtliche Anzahl dieser Neuronen verloren sein. Die genauen Gründe für PD sind nicht vollständig verstanden, aber man denkt, dass eine Mischung aus genetischen und Umweltfaktoren eine Rolle spielt.

Forschungen haben gezeigt, dass ein bestimmtes Gen, genannt SNCA, mit PD in Verbindung steht. Dieses Gen kann mutieren, was zu einer abnormalen Ansammlung eines Proteins namens Alpha-Synuclein führt, das sich in den Gehirnzellen verklumpt. Diese Klumpen, die als Lewy-Körper bezeichnet werden, tragen zur Degeneration der Neuronen bei. Es wurden auch andere Gene identifiziert, die das Risiko, an PD zu erkranken, erhöhen können.

Studien, die sich mit Hirngewebe befassen, haben neue Erkenntnisse darüber geliefert, wie sich Proteine und andere Moleküle im Gehirn bei PD verändern. Diese Studien haben die Auswirkungen von Entzündungen und oxidativem Stress untersucht, die Zellen schädigen und zur Krankheitsprogression beitragen können. Trotz der Bedeutung von Proteinen für die Gehirnfunktion fehlt jedoch noch ein vollständiges Verständnis dafür, wie sie sich auf PD beziehen.

Die ECM ist auch mit der synaptischen Funktion verknüpft, also der Art und Weise, wie Nervenzellen kommunizieren. Die Zusammensetzung und Struktur der ECM ändern sich während der Gehirnentwicklung, was grössere Flexibilität und Anpassungsfähigkeit in jungen Gehirnen ermöglicht. Wenn Individuen älter werden, wird die ECM starrer, was die weitere Entwicklung von Synapsen einschränken kann.

Ein Netzwerk in der ECM, das als perineuronale Netze bezeichnet wird, spielt eine schützende Rolle um bestimmte Neuronen, um übermässiges Wachstum von Synapsen zu verhindern. Veränderungen in der Zusammensetzung der ECM können diese Prozesse stören. Bei PD zum Beispiel können spezialisierte Immunzellen im Gehirn, die Mikroglias genannt werden, überaktiv werden und ECM-Komponenten entfernen, was zur Krankheitsprogression beiträgt.

PD ist sowohl durch motorische als auch nicht-motorische Symptome gekennzeichnet. Neben Bewegungsproblemen können Menschen mit PD Schlafstörungen, Depressionen und andere Probleme erleben. Der Verlust von Dopamin in der Substantia nigra trägt massgeblich zu diesen Symptomen bei. Viele Patienten zeigen jedoch erst dann offensichtliche Symptome der Krankheit, wenn bereits erheblicher neuronaler Verlust eingetreten ist.

Die Diagnose von PD wird durch das Fehlen zuverlässiger Biomarker, also messbarer Indikatoren der Krankheit, kompliziert. Das bedeutet, dass Forscher sich darauf konzentrieren müssen, die Rolle der ECM bei PD zu verstehen, um neue diagnostische Werkzeuge und Behandlungsoptionen zu entdecken.

In den letzten Jahren haben Studien hervorgehoben, wie wichtig es ist, besser zu verstehen, wie die ECM bei PD verändert wird. Während einige Proteine in der ECM, wie Kollagene und Annexine, in ihren Expressionsniveaus verändert wurden, bleibt vieles unbekannt. Zum Beispiel sind Kollagene entscheidend für die Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität der ECM, aber ihre spezifischen Veränderungen bei PD sind nicht gut etabliert.

In unserer Literaturübersicht fanden wir, dass viele Studien Veränderungen in ECM-Proteinen und den Genen, die sie beeinflussen, bei Menschen mit PD berichtet haben. Einige Proteine wurden in verschiedenen Studien häufig als verändert festgestellt, während andere gemischte Ergebnisse zeigten. Diese Inkonsistenz verdeutlicht die Komplexität der Rolle der ECM in der Krankheit.

Proteomische und transkriptomische Studien, die Proteine bzw. Genexpressionsprofile analysieren, haben gezeigt, dass verschiedene Wege, die mit der ECM in Verbindung stehen, bei PD betroffen sind. Dazu gehören Wege, die an Zelladhäsion und Interaktionen zwischen der ECM und Zellen beteiligt sind. Solche Wege sind entscheidend für die Aufrechterhaltung einer gesunden Gehirnfunktion und könnten mögliche Ziele für neue Behandlungen oder Interventionen sein.

Zum Beispiel wurden bei PD-Patienten Veränderungen in der Expression von Annexinen, einer Gruppe von Proteinen, die mit ECM-Komponenten interagieren, festgestellt. Einige Annexine waren hochreguliert, während andere herunterreguliert waren, was auf mögliche Störungen ihrer normalen Rollen hinweist. Darüber hinaus zeigten auch Kollagene und Tenascine, andere wichtige ECM-Proteine, Veränderungen, die die Gesundheit des Gehirns beeinträchtigen könnten.

Angesichts der entscheidenden Rolle der ECM ist es notwendig, gezielter zu forschen, um ihre spezifischen Funktionen bei PD zu entdecken. Zu verstehen, wie sich die ECM im Verlauf der Krankheit verändert, könnte neue Wege für Behandlungen eröffnen, die möglicherweise die ECM selbst anvisieren, um die normale Funktion wiederherzustellen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die ECM entscheidend für die Bereitstellung von struktureller Unterstützung und die Förderung der Kommunikation zwischen Zellen im Gehirn ist. Veränderungen in ihren Komponenten können erhebliche Auswirkungen auf die Gehirnfunktion haben und zu neurodegenerativen Erkrankungen wie der Parkinson-Krankheit beitragen. Während noch viel zu tun ist, könnte ein besseres Verständnis der Rolle der ECM bei PD zu neuen Strategien für Diagnose und Behandlung führen und letztendlich die Ergebnisse für betroffene Personen verbessern.