Tau-Protein schädigt die Nervenzellen

Sie haben einen neuen zellulären Mechanismus entdeckt, der in gesunden Zellen das Tau-Protein in den Axonen hält und zeigen, wie dieses System bei bestimmten Erkrankungen außer Kraft gesetzt wird. Der Mechanismus funktioniert wie eine Art Einwegtor am Axoneingang, durch das Tau zwar in die Axone hinein, aber nicht wieder heraus kommt. Bei der Alzheimer-Demenz und anderen so genannten Tauopathien ist Tau so verändert, dass es dieses Tor von beiden Seiten passieren kann.

In gesunden Zellen wird Tau in den Axonen angereichert. Bei Tauopathien hingegen verteilt sich das Protein im gesamten Zellkörper und in den Dendriten, den Empfängern von neuronalen Signalen. Diese Fehllokalisation von Tau ist ein erster und entscheidender Schritt in der Pathologie der Alzheimer-Demenz. Eine Anreicherung von Tau in den Dendriten hat eine Störung der neuronalen Kontakte zur Folge und beeinträchtigt die Signalübertragung zwischen Nervenzellen. Dies führt langfristig dazu, dass die Zellen degenerieren und absterben. Die Wissenschaftler wollten daher genauer wissen, wie Tau in gesunden Zellen im Axon gehalten wird und warum dieser Prozess bei Tauopathien nicht funktioniert.

Um dies zu erforschen, koppelten die Wissenschaftler das Tau-Protein an einen fotoaktivierbaren Fluoreszenzfarbstoff und schleusten es in Nervenzellen ein. Wird nun ein bestimmter Bereich der Zelle kurz mit einem Laser angeregt, ändern sich dort die Fluoreszenzeigenschaften des Tau-Proteins von grün nach rot, so dass seine weitere Verbreitung innerhalb der Zelle beobachtet werden kann.

Wenn Tau einmal im Axon ist, so zeigten die Forscher, sitzt es dort quasi fest. Am Axoneingang, wo das Axon vom Zellkörper abzweigt, entdeckten die Wissenschaftler eine Barriere, die das Tau-Protein daran hindert, vom Axon zurück in den Zellkörper zu gelangen. In gesunden Zellen bindet Tau in den langen Axonen der Zelle an die Mikrotubuli, Bestandteile des stützenden Zytoskellets, und stabilisiert diese. Bei der Alzheimer-Erkrankung und anderen Tauopathien wird Tau zu stark mit Phosphatgruppen bestückt. Durch diese Phosphorylierung löst es sich von den Mikrotubuli ab. Dadurch wird die Fehllokalisation von Tau in den Zellkörper hervorgerufen, denn nur fest an Mikrotubuli gebundenes Tau respektiert die Schranke am Axoneingang. Tau, das zu stark phosphoryliert ist, kann das Axon verlassen und sich im Zellkörper anhäufen. Tau wird falsch sortiert, weil es zu stark phosphoryliert wird.

Literatur: Li, X., et al.: The EMBO Journal 2011, Online doi:10.1038/emboj.2011.376