Tau-Protein zeigt unerwarteten Nutzen bei der Verringerung von Hirnschäden

Eine Studie von Forschern des Baylor College of Medicine und des Ian and Dan Duncan Neurological Research Institute am Texas Children's Hospital ergab, dass das Protein Tau, das als Schlüsselfaktor für die Entstehung mehrerer neurodegenerativer Erkrankungen, darunter Alzheimer, gilt, auch eine positive Funktion im Gehirn hat. Tau reduziert neuronale Schäden durch einen Überschuss an reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) oder freien Radikalen und fördert ein gesundes Altern. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Neuroscience veröffentlicht.

„ROS sind natürliche Nebenprodukte verschiedener Zellfunktionen im Körper. Während niedrige ROS-Konzentrationen vorteilhaft sind, sind übermäßige Konzentrationen schädlich für die Zellen, da sie die Bildung toxischer Formen anderer Moleküle verursachen und so oxidativen Stress, einschließlich peroxidierter Lipide, verursachen“, sagte die Hauptautorin Dr. Lindsay Goodman, Postdoktorandin im Labor von Dr. Hugo Bellen. „Neuronen sind besonders anfällig für oxidativen Stress und werden zerstört, wenn die Konzentration peroxidierter Lipide nicht richtig kontrolliert wird.“

Lipidtröpfchen schützen das Gehirn vor oxidativen Schäden

Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass unser Gehirn mehrere neuroprotektive Strategien entwickelt hat, um durch ROS verursachte Schäden zu bekämpfen.

Eine solche Strategie, die Bellens Team 2015 entdeckte, besteht darin, dass Neuronen diese toxischen peroxidierten Lipide in benachbarte Gliazellen exportieren, die sie dann in Lipidtröpfchen zur Speicherung und späteren Energiegewinnung einlagern. „Dieser Prozess entfernt und neutralisiert diese toxischen Lipide effektiv“, bemerkte Goodman. „In der aktuellen Studie untersuchten wir die Rolle von Tau bei der Bildung von Lipidtröpfchen in Gliazellen.“

Das Team fand heraus, dass normales endogenes Tau bei Fliegen für die Bildung von Lipidtröpfchen in Gliazellen und zum Schutz vor ROS in Neuronen erforderlich ist. Ebenso ist Tau für die Bildung von Lipidtröpfchen in Gliazellen von Ratten und Menschen erforderlich.

Obwohl die Expression von normalem menschlichem Tau ausreichte, um die Bildung und Reifung von Lipidtröpfchen in Gliazellen bei Fliegen ohne natives Tau wiederherzustellen, waren die Gliazellen nicht in der Lage, als Reaktion auf ROS in Neuronen Lipidtröpfchen zu bilden, wenn dieses menschliche Tau-Protein Mutationen aufwies, die mit einem erhöhten Risiko für die Alzheimer-Krankheit verbunden sind.

Dies deutet darauf hin, dass Mutationen im Tau-Protein die normale Fähigkeit des Proteins, oxidativen Stress zu verhindern, verringern und zusätzlich die für die Krankheit typische Proteinakkumulation verursachen können, wie in früheren Studien beschrieben. Insgesamt stützen diese Daten eine neuartige neuroprotektive Rolle von Tau im Kampf gegen ROS-bedingte Toxizität.

Weitere Krankheitszusammenhänge wurden mithilfe von Fliegen- und Rattenmodellen mit Tau-induzierten Erkrankungen entdeckt, bei denen das menschliche Tau-Protein mit Mutationen in Gliazellen überexprimiert wurde. In diesen Szenarien beobachteten die Forscher erneut Defekte in den Lipidtröpfchen der Gliazellen und Zelltod als Reaktion auf ROS in Neuronen. Dies zeigte, dass Tau ein dosisabhängiger Regulator der Lipidtröpfchen der Gliazellen ist und dass zu viel oder zu wenig Tau schädlich sein kann.

„Mit der Entdeckung einer überraschenden neuen neuroprotektiven Rolle von Tau öffnet die Studie die Tür zu potenziellen neuen Strategien zur Verlangsamung, Umkehrung und Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen“, sagte Bellen, der korrespondierende Autor der Studie. Er ist Professor für Molekularbiologie und Genetik an der Baylor University und Inhaber des Duncan NRI-Lehrstuhls für Neurogenetik. Bellen ist außerdem March of Dimes-Professor für Embryonalbiologie an der Baylor University.

Im Gegensatz zu seiner üblichen „negativen“ Rolle bei neurodegenerativen Erkrankungen zeigt diese Studie, dass Tau auch in Gliazellen eine positive Rolle spielt. Es hilft, toxische Lipide zu binden, oxidative Schäden zu reduzieren und so das Gehirn zu schützen. Fehlt Tau jedoch oder sind defekte Tau-Proteine vorhanden, geht dieser Schutzeffekt verloren, was zur Entstehung von Krankheiten führt.