Ein gesundes Gehirn

Alle(s) Zucker oder was?
Ein gesundes Gehirn –
Alles eine Frage des Zuckers ?
Werner Reutter
Institut für Biochemie und Molekularbiologie
Charité - Universitätsmedizin Berlin
Campus Benjamin Franklin
Konstanz
27. September 2008
Glucose ist für das Gehirn der einzige Nährstoff.
In der Zelle dient sie
– der Energiegewinnung
– dem Aufbau und der Strukturerhaltung
Glycocalix der tierischen Zelle
Glycocalix
Microvilli
Glucose
Energiegewinnung
Adenosintriphosphat
(ATP)
– für alle Syntheseleistungen
– Erregungsleitung
Strukturkomponenten
– Nukleinsäuren
– Glykoproteine
– Glykolipide
– Cholesterin
Botenstoffe
(Mediatoren)
– GABA
– Glutamin
– Acetylcholin
– Serotonin
Kanäle / Transporter
– Ionenkanäle (Erregungsleitung)
Na+, K+, Cl-, Ca2+
– Zucker (Nährstoff)
Bei Morbus Alzheimer ist die
Versorgung des Gehirns mit
Glucose vermindert.
Insulin-Rezeptor
Insulin
-Untereinheit
(Hormon-bindende
Domäne)
aussen
(extrazellulär)
-Untereinheit
(ATP-bindende und
Tyrosin-Kinase-Domäne)
Innen
(zytoplasmatisch)
Insulin aktiviert den Transport der Glucose
in die Zelle über den Glucosetransporter 4.
Auswirkungen der
verminderten Glucosekonzentration
auf das Gehirn.
Atrophie des Gehirns
Verminderung des Energiestoffwechsels des Gehirns
Atrophie des Gehirns
Auguste
Dendritenbaum
Gesunde Zellen
Axon
Spines
(Eingang)
Amyolide Plaques
Krankhafte Zellen
hyperphosphorylierte
Tau-Proteine
(Tangles, Fibrillen)
Strepto-Studie
Galactose verhindert die Schädigung der Gedächtnisbildung im
Tierexperiment.
Experimentelle Ausschaltung des Insulin-Rezeptors durch STZ
Zusammenarbeit mit Professor Melita Salkovic-Petrisic, Zagreb
Insulin aktiviert den Transport der Glucose
in die Zelle über den Glucosetransporter 4.
Resultate
COGNITIVE DEFICITS
Morris Water Maze Swimming Test
TIME SPENT IN PLATO SEARCH
NUMBER OF MISTAKES
130
70
50
Min-Max
*
time (s)
90
number of mistakes
20
110
30
*
*
*
24
C+G
STZ
8
Min-Max
4
25%-75%
Median value
0
STZ+G
p=0.008
p<0.005
12
25%-75%
Median value
C
16
p<0.001
ANOVA
Mann Whitney U test
C
C+G
STZ
STZ+G
p=0.0043
p<0.001
C = Control (Kontrollgruppe)
C + G = Control + Galactose
STZ ist ein Toxin, das den Insulinrezeptor ausschaltet
STZ + G = STZ + Galactose
p<0.011
Insulin-unabhängiger Transport von Galactose
in die Zelle über den Glucosetransporter 3.
Galactose
GLUT3
Galactose utilization
Glucose synthesis
+
glycogen / lipid / protein
synthesis
Von der Galactose zur Glucose
Uridyltransferase
Gal-Kinase
Galactose
ATP
Gal-1-Phosphat
ADP
UDP-Glc
UDP-Galactose
Glc-1-Phosphat
4-Epimerase
UDP-Galactose
UDP-Glucose
Pyrophosphorylase
Glucose-1-Phosphat
UDP-Glucose
UMP
Der Weg der Galactose
zu Aminosäuren
Roser, Mosetter, Reutter 2008
Zusammenfassung 1/2
1. Morbus Alzheimer ist eine bestimmte Form der Altersdemenz.
Leichte kognitive Störung (MCI) ist eine Vorstufe des M.
Alzheimer
2. Verstärkte Progredienz ab dem 70. Lebensjahr
3. Verlust der Merkfähigkeit und des Kurzzeitgedächtnisses
4. Verminderte Aufnahme von Glukose in die Zellen des Gehirns
• Minderung der Funktionsfähigkeit des Insulinrezeptors
(daher M. Alzheimer = Diabetes mellitus Typ 3)
• Verminderter Energiestoffwechsel
• Dadurch verminderte Synthese-Leistungen
• Dadurch Verlust der normalen Zellstruktur und von
spezifischen Zellfunktionen
Zusammenfassung 2/2
5. Tierexperiment: Ausschaltung des Insulin-Rezeptors durch STZ
führt bei Ratten zu einer Alzheimer-ähnlichen Symptomatik. Sie
tritt nicht auf, wenn die Tiere mit Galactose behandelt wurden.
6. Vorschlag eines neuen Therapiekonzeptes für den M.
Alzheimer:
• Gabe von Galactose anstelle von Glucose zur Umgehung
der Insulinrezeptor-abhängigen Glucoseaufnahme der
Hirnzellen
Was können wir tun ?
• Ausreichende, regelmäßige Bewegung
• Gesunde, ausgewogene Ernährung
(kein Zucker- / Kohlenhydrat-Stress)
• Ausreichend Schlaf
• Entspannte Lebenseinstellung