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Plastische, fantastische Gehirne: Studie identifiziert entscheidende Verbindung, die Neuroplastizität und Gedächtnis bei Mäusen unterstützt

Plastische, fantastische Gehirne: Studie identifiziert entscheidende Verbindung, die Neuroplastizität und Gedächtnis bei Mäusen unterstützt

Das Leben in Plastik ist fantastisch – nicht nur für Ken und Barbie, sondern auch für unser Gehirn ... nun ja, nicht diese Art von Plastik. Neuroplastizität, also die Fähigkeit des Gehirns, sich als Reaktion auf neue Erfahrungen anzupassen, seine Struktur zu verändern und Verbindungen, sogenannte Synapsen, neu zu verdrahten, ist eine Schlüsselrolle bei der Aufrechterhaltung der kognitiven Vitalität und des Gedächtnisses mit zunehmendem Alter. Ein anpassungsfähigeres Gehirn repariert sich nach Schäden oder Verletzungen besser selbst, was Forscher dazu veranlasst, sich auf die Mechanismen hinter der Neuroplastizität zu konzentrieren, um die Kognition mit zunehmendem Alter zu unterstützen.

Ein solches Forschungsteam an den Universitäten Cambridge und Leeds in England hat genau das getan. Veröffentlicht in Molekulare Psychiatrie im Juli 2021yang und Kollegen konnten den altersbedingten Gedächtnisverlust in einer Reihe von Experimenten mit Nagetieren erfolgreich rückgängig machen. Indem diese Forschung auf bestimmte Strukturen im Gehirn, sogenannte perineuronale Netze, abzielt und die Aktivität einer Verbindung namens Chondroitin-6-sulfat steigert, schafft sie die Voraussetzungen für die Erprobung ähnlicher Interventionen am Menschen. Und damit möglicherweise den 40 % der Menschen ab 65 Jahren helfen, die unter altersbedingten Gedächtnisstörungen leiden.  

Nichts als (perineuronale) Netze

Perineuronale Netze (PNNs) sind knorpelähnliche Strukturen in der extrazellulären Matrix – ein Netzwerk aus Verbindungen, die dem Gehirn ein strukturelles „Gerüst“ bieten –, die hauptsächlich hemmende Neuronen umgeben und den Grad der synaptischen Plastizität regulieren. Diese Strukturen treten im Gehirn in der frühen Kindheit auf, wenn die erhöhte Entwicklungsplastizität tendenziell abnimmt. Mit zunehmendem Alter sorgen PNNs dafür, dass die Plastizität teilweise ausgeschaltet wird, wodurch das Gehirn leistungsfähiger, aber weniger anpassungsfähig wird. 

Die Fähigkeit von PNNs, die Plastizität zu kontrollieren, hängt von Verbindungen namens Chondroitinsulfaten ab, die Bausteine ​​des Knorpels sind. Chondroitin-4-sulfat (C4S) hemmt die Plastizität des Gehirns, während eine andere Form, Chondroitin-6-sulfat (C6S), eine erhöhte synaptische Anpassungsfähigkeit ermöglicht. Mit zunehmendem Alter verschiebt sich das Gleichgewicht zwischen diesen beiden – die C4S-Aktivität nimmt zu und die C6S-Aktivität sinkt – was nach Ansicht der Forscher zu altersbedingten Gedächtnisstörungen führt.  

Verhaltenstests verwirren alte Tiere

In dieser Studie untersuchten Yang und Kollegen, wie sich die Manipulation der PNNs älterer Nagetiere – indem sie C6S-dominanter gemacht oder die PNN-Aktivität ganz gelöscht wurde – auf die Kognition auswirkte, indem sie drei Gedächtnistests verwendeten: Spontane Objekterkennung (SOR), Spontane Alternation (SA). ) und Marmorvergrabung (MB). 

Verhaltenstests verwirren alte Tiere

Der SOR-Test misst das spontane Erkundungsverhalten, da junge Nagetiere dazu neigen, nach neuartigen Gegenständen zu suchen. Das heißt, sie erkunden lieber Neues als Bekanntes und demonstrieren Wiedererkennen von Objekten, die sie bereits gesehen haben. Dieser Test erfordert eine ordnungsgemäße Funktion des perirhinalen Kortex (PRh) des Gehirns, der eine wichtige Rolle bei der Objekterkennung und der Speicherung objektbezogener Informationserinnerungen spielt. 

In ähnlicher Weise bewertet der SA-Test die Bereitschaft von Nagetieren, neue Umgebungen in einem Labyrinth zu erkunden, und stützt sich dabei auf den Hippocampus – die Region des Gehirns, die am stärksten mit Lernen und Gedächtnis verbunden ist. Der dritte Test, das Murmelvergraben, ist eine nagetierspezifische Erkundungsverhaltensaufgabe – einfach das Vergraben freigelegter Murmeln –, die eine ordnungsgemäße Funktion des Hippocampus, des Frontalkortex und des Präfrontalkortex erfordert, die Aufmerksamkeit, emotionale und Impulskontrolle sowie Problemlösung regulieren.   

Es überrascht nicht, dass die alten, 20 Monate alten Mäuse (entspricht den oberen 60 Jahren in Menschenjahren) bei allen drei Tests eine verminderte Gedächtnisleistung zeigten, während junge Mäuse robuste Gedächtnisfähigkeiten zeigten. Das Forschungsteam wollte dann wissen, ob PNNs für diesen altersbedingten Gedächtnisverlust verantwortlich sind, den sie durch die Löschung eines Gens namens „ hapln1 zu die PNN-Aktivität vollständig verringern. 

Sie fanden heraus, dass diese Abschwächung der PNN-Aktivität den altersbedingten Gedächtnisverlust bei den älteren Mäusen im SOR-Test verhinderte und deren Gedächtniserhalt von 6 Stunden auf 48 Stunden nach dem ersten Anblick der neuartigen Objekte verlängerte. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass PNNs am Verlust des SOR-Gedächtnisses bei älteren Mäusen beteiligt sind.

Chondroitin-6-sulfat erweist sich als entscheidend für die Wahrnehmung

Als nächstes reduzierten Yang und Kollegen genetisch die C6S-Aktivität im Gehirn älterer Mäuse und gingen dabei von der Theorie aus, dass ein unausgeglichenes Verhältnis von C4S zu C6S die Neuroplastizität hemmt und das Gedächtnis verschlechtert. Sie fanden heraus, dass eine Erhöhung dieses Verhältnisses um über 50 % (um stärker C4S-dominant zu sein) bei Mäusen im Alter von nur 11 Wochen (Anfang 20 beim Menschen) das Neuritenwachstum stark hemmte – den Prozess der Entwicklung von Neuronen, die während ihres Wachstums neue Projektionen erzeugen – und führte zu vorzeitigen Gedächtnisdefiziten bei den SOR-, SA- und MB-Tests. 

Auf der anderen Seite förderte die Steigerung der C6S-Aktivität das Gedächtnis und die Kognition und konnte den altersbedingten Gedächtnisverlust im Wesentlichen umkehren. Unter Verwendung eines „viralen Vektors“ – einer Standardmethode zum Transport von genetischem Material zu Zielzellen – der ein Gen zur Wiederherstellung der C6S-Aktivität enthielt, zeigten die 20 Monate alten Mäuse keinerlei Gedächtnisdefizite, was die Bedeutung der C6S-Spiegel für das Gedächtnis und die Neuroplastizität unterstreicht . 

Als eine der Autoren der Studie sagte Dr. Jessica Kwok von der School of Biomedical Sciences der University of Leeds, sagt zu diesem Experiment: „Wir sahen bemerkenswerte Ergebnisse, als wir die alternden Mäuse mit dieser Behandlung behandelten. Das Gedächtnis und die Lernfähigkeit wurden auf einem Niveau wiederhergestellt, das sie nicht gesehen hätten, seit sie viel jünger waren.“

Studie identifiziert entscheidende Verbindung, die Neuroplastizität und Gedächtnis bei Mäusen unterstützt

Von Mäusen zu Menschen

Die Autoren dieser Studie sind zuversichtlich, dass sich die Manipulation von Chondroitinsulfat und PNN-Aktivität als vorteilhaft für die Unterstützung der menschlichen Wahrnehmung erweisen wird. angabe„Insgesamt zeigen die Ergebnisse dieser Studie einen Mechanismus für den Gedächtnisverlust im gealterten Gehirn und weisen darauf hin, dass Behandlungen, die auf PNNs abzielen, das Potenzial haben, altersbedingte Gedächtnisdefizite zu lindern.“ 

Diese Forschung könnte möglicherweise weitreichende Auswirkungen haben, da sich die Verringerung der PNN-Aktivität oder die Verschiebung des Gleichgewichts hin zu einer erhöhten Chondroitin-6-sulfat-Aktivität als äußerst vorteilhaft für das Gehirn der alten Nagetiere erwiesen hat. Das Forschungsteam hat bereits eine mögliche Intervention für den Menschen identifiziert, die die PNN-Bildung hemmt – aber es ist noch viel zu früh, um zu sagen, ob dies das Gedächtnis oder die Kognition bei alternden Menschen unterstützen wird oder nicht. 

Der leitende Autor, Professor James Fawcett von der Universität Cambridge, schließt optimistisch„Das Spannende daran ist, dass, obwohl unsere Studie nur an Mäusen durchgeführt wurde, derselbe Mechanismus beim Menschen funktionieren sollte – die Moleküle und Strukturen im menschlichen Gehirn sind die gleichen wie bei Nagetieren. Dies deutet darauf hin, dass es möglich sein könnte, dies zu verhindern.“ dass Menschen im Alter keinen Gedächtnisverlust entwickeln.“

Verweise: 

Yang, S., Gigout, S., Molinaro, A. et al. Chondroitin-6-sulfat wird für die Neuroplastizität und das Gedächtnis im Alter benötigt. Mol-Psychiatrie (2021). https://doi.org/10.1038/s41380-021-01208-9



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