Wenn sich Eisen im Gehirn anhäuft…

Einen potenziellen Mechanismus für die Eisenakkumulation im alternden Gehirn enthüllt eine neue Studie US-amerikanischer Wissenschaftler. Wenn sich Eisen im Gehirn ansammelt, kann das oxidativen Stress auslösen und Zellschäden verursachen. In Tierversuchen hat sich das Hormon Hepcidin als Schlüsselfaktor für die Steuerung der Eisenmenge im Gehirn erwiesen.

Mineral kann zu neurodegenerativen Krankheiten beitragen

Laut einer in der Zeitschrift eLife veröffentlichten Studie von Wissenschaftlern der Northwestern Medicine in Chicago führt ein Zusammenbruch von Regulationsmechanismen dazu, dass sich mit zunehmendem Alter Eisen im Gehirn ansammelt. Das erhöht oxidativen Stress und kann zu Zellschäden führen

Dr. Hossein Ardehali, Professor für Herzstoffwechsel am Zentrum für Molekulare Kardiologie, Feinberg Cardiovascular and Renal Research Institute und leitender Autor der Studie, wies darauf hin, dass dieser Zusammenbruch altersbedingten kognitiven Rückgang erklären könnte, ein Merkmal von neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson und Alzheimer.

Dr. Adrehali: „Es gibt eine strenge Regulierung der Eisenhomöostase im Gehirn, aber es scheint, dass diese Regulierung mit zunehmendem Alter gestört wird.“ Seiner Auskunft nach planen künftige Studien, die Wirkung von Eisenchelatoren bei koronarer Herzkrankheit zu erforschen. Die Wirkung auf das Gehirn und beim Altern zu untersuchen, seien weitere Schritte für Wissenschaftler einzusetzen, und diese im Gehirn zu erforschen, und das Altern ist der nächste Schritt.

Mit zunehmendem Alter des Organismus nimmt der oxidative Stress in den Zellen des Körpers zu. Aus verschiedenen Gründen verlieren Zellen beim Altern die Fähigkeit, reaktive Sauerstoffspezies (freie Radikale), Nebenprodukte der normalen Zellatmung, zu entgiften.

Die Quelle von oxidativem Stress variiert von Umgebung zu Umgebung innerhalb des Körpers, aber frühere Studien weisen auf eine mögliche Quelle im Gehirn hin: Eine Ansammlung von Eisen, so Dr. Ardehali, der auch Professor für Medizin in der Abteilung für Kardiologie und Pharmakologie ist und Mitglied des Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center der Northwestern University.

In der aktuellen Studie untersuchte Dr. Ardehali gemeinsam mit einem Team von Wissenschaftlern junge und alte Mäuse und maß sowohl zytoplasmatisches als auch mitochondriales Eisen im Körper. Die Forscher fanden dabei heraus, dass das Gehirn das einzige gemessene Organ war, das mit zunehmendem Alter der Tiere einen Anstieg sowohl des zytoplasmatischen als auch des mitochondrialen Eisens zeigte.

Als nächstes untersuchte Studienautor Dr. Tatsuya Sato die Expression von Genen, die an der Regulierung von Eisen beteiligt sind. Dabei stellte er fest, dass das Gen, das für ein Peptidhormon – Hepcidin – kodiert, in der Hirnrinde älterer Tiere dramatisch hochreguliert war. Hepcidin ist ein von der Leber produziertes Hormon, das den Eisenhaushalt im ganzen Körper steuert.

Im Kontext dieser Studie ist die wichtigste Funktion des aus dem Gehirn stammenden Hepcidins die Hemmung von Ferroportin, einem Protein, das Eisen aus den neuronalen Zellen exportiert. Dieser Mechanismus führt dazu, dass sich Eisen im alternden Gehirn ansammelt. „Dies ist wahrscheinlich ein Schlüsselfaktor bei der Eisenakkumulation im gealterten Gehirn“, sagte Dr. Sato.

Der detaillierte Mechanismus der erhöhten Hepcidin-Expression im gealterten Gehirn erfordert weitere Untersuchungen. Aber altersbedingte Entzündungen und eine erhöhte Expression des eisenempfindlichen Proteins Transferrin-Rezeptor 2 könnten mögliche Regulatoren sein, sagte Dr. Ardehali.

Erhöhtes Hepcidin kann auch die Menge von Eisen in den Mitochondrien vergrößern. Wenn die Organellen den Mineralstoff nicht verwerten können, häuft sich das Eisen an und verursacht Zellschäden.

Dieser Befund beleuchtet laut Dr. Sato eine mögliche therapeutische Strategie: „Wenn wir den intrazellulären Eisenspiegel durch die Unterdrückung dieses aus dem Gehirn stammenden Hepcidins wiederherstellen können, könnten wir möglicherweise den altersbedingten kognitiven Rückgang verbessern.“

Es gibt laufende Studien mit Eisenchelatoren – Substanzen, die an Eisen binden und es biologisch unverfügbar machen. Zur Zeit werden sie als potenzieller Wirkstoff zur Behandlung von Erkrankungen der Herzkranzgefäße untersucht. Eine ähnliche Strategie könnte auch im Gehirn angewendet werden.

Die Crux liegt darin, eine spezifische Verbindung zu finden: Um die Eisenkonzentration im Gehirn zu reduzieren, wäre ein Chelatbildner erforderlich, der die Blut-Hirn-Schranke passieren kann. Eine laufende klinische Studie untersucht bereits die Wirkungen eines bestimmten Eisenchelators bei der Parkinson-Krankheit.

„Nicht alle Chelatoren überwinden die Barriere, aber einer tut es. Die Erforschung dieser möglichen Therapie ist unser nächster Schritt“, sagte Dr. Ardehali.

Quelle:

Sato T, Shapiro JS, Chang HC, Miller RA, Ardehali H. Aging is associated with increased brain iron through cortex-derived hepcidin expression. Elife. 2022 Jan 11;11:e73456. doi: 10.7554/eLife.73456. PMID: 35014607; PMCID: PMC8752087. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35014607/)

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