Gehirnzucker-Enzym Trehalase entwickelt sich zu einem Schlüsselfaktor bei Alterung und Neurodegeneration

Trehalose, ein Disaccharid-Zucker, der reichlich in Pilzen und anderen Organismen vorkommt, hat aufgrund seiner potenziell neuroprotektiven Eigenschaften wissenschaftliches Interesse geweckt – insbesondere seiner Fähigkeit, die Autophagie zu stimulieren, den zellulären „Selbstreinigungsprozess", der toxische Proteinaggregate beseitigt, die mit Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson in Verbindung stehen. Ob das Enzym Trehalase, das Trehalose metabolisiert, im menschlichen Gehirn überhaupt vorkommt, war jedoch bislang eine offene Frage – bis jetzt.

Forscher der Universität Tampere analysierten zwei unabhängige RNA-Sequenzierungsdatensätze aus post-mortem-Hirngewebe von Menschen, um die Genexpression der Trehalase und ihre potenzielle Rolle bei der Neuroprotektion zu untersuchen. Dieser Ansatz ermöglichte die Überprüfung von Hypothesen in mehreren Hirnregionen und Krankheitszuständen, ohne lebendiges Gewebe zu benötigen, indem umfangreiche vorhandene Biobankressourcen genutzt wurden.

Das zentrale Ergebnis der Studie ist der erste direkte Nachweis, dass Trehalase im menschlichen Gehirn exprimiert wird. Über die Bestätigung ihrer Präsenz hinaus stellte das Team fest, dass die Trehalase-Expression bei älteren Spendern und Patienten mit Multipler Sklerose im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen signifikant abnimmt. Eine differenzielle Genkorrelationsanalyse ergab, dass trehalase-assoziierte Gennetzwerke sich mit dem Alter deutlich verschieben, wobei Signalwege involviert sind, die mit Autophagie, Mitophagie, oxidativer Phosphorylierung und übergreifenden neurodegenerativen Kaskaden zusammenhängen.

Die Zelltypanalyse lieferte weitere Nuancen: Die Trehalase-Expression korrelierte in vielen Hirnregionen positiv mit dem Anteil von Oligodendrozyten, im Hippocampus – einer bei Demenz besonders betroffenen Region – jedoch negativ mit dem Anteil von Neuronen. Eine robuste positive Assoziation mit der Expression von Sirtuin 1 (SIRT1) verankert Trehalase zusätzlich in der bekannten neuroprotektiven Biologie.

Obwohl diese Erkenntnisse beobachtender Natur sind und auf post-mortem-Daten basieren, eröffnen sie einen vielversprechenden neuen Forschungsansatz. Die Autoren schlagen Trehalase als Kandidaten für einen Biomarker der Neurodegeneration vor und legen nahe, dass die Trehalase-Trehalose-Achse die zelluläre Homöostase sowohl in Neuronen als auch in Gliazellen regulieren könnte. Künftige Studien, die die Trehalase-Genexpression mit tatsächlichen Trehalose-Metabolitmessungen in denselben Proben verbinden, werden entscheidend sein, um diese Mechanismen zu validieren.