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Der akkurate und rechtzeitige Austausch von Informationen zwischen unserem Gehirn und unseren Organen ist lebenswichtig, denn er steuert eine Reihe von Körperfunktionen – einschließlich der Aufrechterhaltung eines Gleichgewichts zwischen Energieverbrauch (z. B. körperliche Aktivität) und Energieaufnahme in Form von Nahrung. Wird diese spezifische Kommunikationsverbindung gestört, kann dies zu Stoffwechselkrankheiten wie Typ-2-Diabetes und Fettleibigkeit führen.
„Ein Zusammenbruch der Kommunikation zwischen dem Gehirn und dem Rest des Körpers ist auch ein Anzeichen für Erkrankungen wie Alzheimer“, erklärt Vincent Prevot von Inserm in Frankreich, einer der drei Hauptforscher des Projekts WATCH. „Diese Störungen treten häufig mit zunehmendem Alter auf.“
Daher bedarf es bei der Bekämpfung von Stoffwechselstörungen und neurodegenerativen Erkrankungen eines genauen Verständnisses, wie die Körperfunktionen vom Gehirn reguliert werden. Die Prävalenz dieser Erkrankungen steigt in vielen Teilen der Welt an, was auf einen veränderten Lebensstil (z. B. zunehmender Konsum von Fast Food) und die Alterung der Bevölkerung zurückzuführen ist.
Neuronales Verhalten verstehen
Das siebenjährige, von der EU finanzierte und vom Europäischen Forschungsrat unterstützte Projekt WATCH nimmt sich dieser Herausforderung an und konzentriert sich dabei auf das Verhalten bestimmter neuronaler Funktionen.
„Wir wissen, dass das Energiegleichgewicht im Körper von Gehirnzellen (Neuronen und Glia) aufrechterhalten wird, die sich in einem kleinen und hochspezialisierten Teil des Gehirns – dem sogenannten Hypothalamus – befinden“, bemerkt Studienleiter Markus Schwaninger von der Universität Lübeck in Deutschland. „Diese Zellen erkennen Glukose oder von Organen produzierte Hormone, die Hunger oder Sättigung signalisieren, und passen die Reaktion des Gehirns entsprechend an.“
Diese Signale und Hormone sind in der Lage, die Blut-Hirn-Schranke zu passieren, eine dicht verschlossene Wand aus Blutgefäßen, die das Gehirn vor unerwünschten Eindringlingen schützt.
„Hier kommen die Tanycyten ins Spiel“, fügt Prevot hinzu. „Tanycyten sind besondere Gliazellen im Hypothalamus, die Signalen unter Umgehung der normalen Barrieren in das Gehirn ‚Einlass gewähren‘.“ Dadurch können die Signale zu Neuronen gelangen, die für die Regulation der Nahrungsaufnahme und anderer wichtiger Körperfunktionen zuständig sind.
Das WATCH-Projekt hat innerhalb weniger Jahre eine Reihe bahnbrechender Entdeckungen gemacht. So hat das Team beispielsweise gezeigt, wie Leptin, ein von Fettzellen produziertes Hormon, von Tanycyten in den Hypothalamus „transportiert“ wird. Das Team fand heraus, dass das Blockieren des Durchlasses für dieses Hormon beim Menschen nicht nur zu Fettleibigkeit, sondern auch zu Diabetes führen kann, da die Funktion der Bauchspeicheldrüse beeinträchtigt wird.
Darüber hinaus wandeln Tanycyten Glukose aus dem Blut in ein anderes Molekül um, das von appetitsteuernden Neuronen „verstanden“ werden kann. Außerdem stellte das Team fest, dass die Gewichtsabnahme bei bestimmten Krankheiten durch Tanycyten über ein Molekül namens NFκB vermittelt wird, das an Entzündungen beteiligt ist.
„Seit Beginn der COVID-19-Pandemie haben wir einen Teil unserer Ressourcen darauf verwendet, die Auswirkungen des SARS-CoV-2-Virus zu untersuchen“, betont Ruben Nogueiras von der Universität Santiago de Compostela in Spanien.
„Wir haben zum Beispiel gezeigt, dass das Virus die Blutgefäßwände im Gehirn abbaut. Außerdem weist die Leber fettleibiger Menschen Moleküle auf, an die das Virus andockt. Damit lässt sich erklären, warum diese Menschen besonders anfällig für schwere Formen der Krankheit sind.“
Bekämpfung neurologischer Erkrankungen
Obwohl das Projekt noch in den Kinderschuhen steckt – es soll bis 2026 laufen –, sind die bisherigen Forschungsergebnisse sehr vielversprechend. „Einige unserer Entdeckungen werden patentiert, und wir hoffen, dass sie in Zukunft den Menschen mit Stoffwechselkrankheiten oder COVID-19 zugutekommen“, so die Hauptforschenden.
„Man könnte sogar beinahe sagen, dass wir die Geschichte neu schreiben. Obwohl viele unserer Erkenntnisse neu sind, stellen wir auch Dogmen auf dem Gebiet in Frage – Annahmen, die seit Jahren, manchmal seit Jahrzehnten, fortbestanden, einfach weil keine Beweise für andere Möglichkeiten gefunden wurden.“
Ein wesentlicher Grund dafür ist das Engagement des Projektteams, das aus Doktorandinnen/Doktoranden und Promovierten besteht. „Abgesehen von Zeiten des Lockdowns sind unsere jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ständig in andere Labors gereist, um neuartige Techniken zu erlernen, neue Probleme zu lösen oder Aspekte ihrer Arbeit mit jemandem aus einem anderen Bereich zu diskutieren“, ergänzt Sowmyalakshmi Rasika, die als wissenschaftliche Koordinatorin zwischen den drei Labors fungiert.
„Wir hoffen, dass diese Arbeit zu evidenzbasierten Behandlungen oder Verhaltensänderungen führen wird, mit denen die Auswirkungen neurologischer oder hirnbezogener Krankheiten in unserer schnell alternden und anfälligen Bevölkerung begrenzt werden können“, so die Forschenden abschließend.