Übermäßige Gehirnaktivität in Verbindung mit einer kürzeren Lebensdauer

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Die neuronale Aktivität des Gehirns, die lange Zeit an Störungen von Demenz bis Epilepsie beteiligt war, spielt auch eine Rolle für unser Leben.

Die Studie, die von Wissenschaftlern des Blavatnik-Instituts der Harvard Medical School durchgeführt wurde und auf Erkenntnissen aus menschlichen Gehirnen, Mäusen und Würmern basiert, legt nahe, dass übermäßige Aktivität im Gehirn mit kürzeren Lebensdauern verbunden ist, während die Unterdrückung von Überaktivität das Leben verlängern kann.

Neuronale Aktivität bezieht sich auf das ständige Flackern elektrischer Ströme und Übertragungen im Gehirn. Übermäßige Aktivität oder Erregung können sich laut den Forschern auf vielfältige Weise manifestieren, von Muskelzuckungen bis hin zu Stimmungs- oder Gedankenänderungen.

"Ein faszinierender Aspekt unserer Ergebnisse ist, dass etwas so Vergängliches wie der Aktivitätszustand neuronaler Schaltkreise so weitreichende Konsequenzen für die Physiologie und die Lebensdauer haben kann", sagte der leitende Autor der Studie, Dr. Bruce Yankner, Professor für Genetik und Co-Direktor des Paul F. Glenn Zentrums für Biologie des Alterns.

Die neuronale Erregung scheint entlang einer Kette molekularer Ereignisse zu wirken, von denen bekannt ist, dass sie die Langlebigkeit beeinflussen - dem Signalweg von Insulin und Insulin-like Growth Factor (IGF), erklären die Forscher.

Der Schlüssel in dieser Signalkaskade scheint ein Protein namens REST zu sein, das zuvor von Forschern des Yankner Lab gezeigt wurde, um alternde Gehirne vor Demenz und anderen Belastungen zu schützen.

Die Studienergebnisse könnten dazu führen, dass neue Therapien für Erkrankungen entwickelt werden, die eine neurale Überaktivität beinhalten, wie Alzheimer-Krankheit und bipolare Störung, sagten die Forscher.

Die Ergebnisse lassen auch die Möglichkeit erkennen, dass bestimmte Medikamente, wie z. B. Medikamente, die auf REST abzielen, oder bestimmte Verhaltensweisen, wie z. B. Meditation, die Lebensdauer verlängern können, indem sie die neuronale Aktivität modulieren.

Die Variation der neuronalen Aktivität beim Menschen könnte sowohl genetische als auch umweltbedingte Ursachen haben, die künftige Möglichkeiten für therapeutische Interventionen eröffnen würden, fügte Yankner hinzu.

Die Forscher begannen ihre Untersuchung mit der Analyse von Genexpressionsmustern - das Ausmaß, in dem verschiedene Gene ein- und ausgeschaltet werden - in gespendetem Hirngewebe von Hunderten von Menschen, die im Alter von 60 bis über 100 Jahren starben.

Die Informationen wurden durch drei separate Forschungsstudien älterer Erwachsener gesammelt. Die in der aktuellen Studie analysierten waren kognitiv intakt, was bedeutet, dass sie keine Demenz hatten, stellten die Forscher fest.

Die Forscher bemerkten sofort einen bemerkenswerten Unterschied zwischen den älteren und jüngeren Studienteilnehmern, sagte Yankner. Die am längsten lebenden Menschen - die über 85-Jährigen - zeigten eine geringere Expression von Genen im Zusammenhang mit neuronaler Erregung als diejenigen, die im Alter zwischen 60 und 80 Jahren starben.

Als nächstes kam die Frage, mit der alle Wissenschaftler konfrontiert sind: Korrelation oder Kausalität? Trat diese Ungleichheit bei der neuronalen Erregung nur neben wichtigeren Faktoren auf, die die Lebensdauer bestimmten, oder wirkten sich die Erregungsniveaus direkt auf die Langlebigkeit aus? Wenn das so ist, wie?

Um diese Fragen zu beantworten, führten die Forscher eine Reihe von Experimenten durch, darunter genetische, zell- und molekularbiologische Tests am Modellorganismus Caenorhabditis elegans, Analysen genetisch veränderter Mäuse und zusätzliche Hirngewebeanalysen von Menschen, die länger als ein Jahrhundert lebten.

Diese Experimente zeigten, dass eine Veränderung der neuronalen Erregung tatsächlich die Lebensdauer beeinflusst und beleuchtete, was auf molekularer Ebene passieren könnte, sagten die Forscher und stellten fest, dass alle Anzeichen auf das Protein REST hinwiesen.

REST, von dem bekannt ist, dass es Gene reguliert, unterdrückt auch die neuronale Erregung, fanden die Forscher heraus.

Das Blockieren von REST oder seines Äquivalents bei den Tieren führte zu einer höheren neuronalen Aktivität und früheren Todesfällen, während das Erhöhen von REST das Gegenteil bewirkte.

Die Forscher entdeckten auch, dass Menschen, die bis zu 100 Jahre alt waren, signifikant mehr REST in den Kernen ihrer Gehirnzellen hatten als Menschen, die in den 70ern oder 80ern starben.

"Es war äußerst aufregend zu sehen, wie all diese unterschiedlichen Beweislinien zusammenwuchsen", sagte die Co-Autorin der Studie, Dr. Monica Colaiácovo, Professorin für Genetik an der Harvard Medical School, deren Labor an der Arbeit von C. elegans mitarbeitete.

Die Forscher fanden heraus, dass REST von Würmern bis zu Säugetieren die Expression von Genen unterdrückt, die zentral an der neuralen Erregung beteiligt sind, wie Ionenkanäle, Neurotransmitterrezeptoren und Strukturkomponenten von Synapsen.

Eine geringere Erregung aktiviert eine Familie von Proteinen, die als Gabelkopf-Transkriptionsfaktoren bekannt sind. Es wurde gezeigt, dass diese Proteine ​​bei vielen Tieren über Insulin / IGF-Signale einen „Langlebigkeitsweg“ vermitteln. Laut den Forschern ist dies der gleiche Weg, von dem Wissenschaftler glauben, dass er durch Kalorieneinschränkung aktiviert werden kann.

Zusätzlich zu seiner aufkommenden Rolle bei der Abwehr von Neurodegeneration bietet die Entdeckung der Rolle von REST bei der Langlebigkeit eine zusätzliche Motivation für die Entwicklung von Arzneimitteln, die auf das Protein abzielen, sagten die Forscher.

Obwohl es einige Zeit und viele Tests dauern wird, um festzustellen, ob solche Behandlungen die neuronale Erregung verringern, ein gesundes Altern fördern oder die Lebensdauer verlängern, hat das Konzept einige Forscher fasziniert.

"Die Möglichkeit, dass die Aktivierung von REST die exzitatorische neuronale Aktivität und das langsame Altern beim Menschen verringern würde, ist äußerst aufregend", sagte Colaiácovo.

Die Studie wurde veröffentlicht in Natur.

Quelle: Harvard Medical School