Wenn Florian Heyd in seiner Vorlesung erzählt, dass ein Mensch, der beim Schlittschuhlaufen im eiskalten See einbricht, länger überlebt als ein Ertrinkender im Freibad, hat er sofort die volle Aufmerksamkeit der Studierenden. Kälte schützt Nervenzellen (Neurone) vor dem Absterben. Das macht sich die Notfallmedizin zunutze: Bei einem Herzstillstand zum Beispiel kann das deutliche Herunterkühlen des Körpers verhindern, dass unnötig viele Nervenzellen durch die Unterversorgung mit Blut und Sauerstoff absterben.

Noch mehr Bildung & Forschung Weitere Themenspeziale zu Schulen und Universitäten lesen Sie hier

Diese Methode kann bisher aber nur in akuten Situationen genutzt werden. Denn längeres oder regelmäßiges Abkühlen des Körpers ist riskant: Es kann zu Lungenentzündungen, Herzrhythmus- oder Gerinnungsstörungen führen. Komplikationen, die weder bei Kindern noch bei älteren, oft multimorbiden Menschen tolerabel sind. Aber was, wenn sich der nervenschützende Effekt auch bei chronischen, neurodegenerativen Erkrankungen einsetzen ließe?

Bei Epilepsie zum Beispiel. Die Anfalls-Erkrankung tritt übrigens bei Menschen und Hunden etwa gleich häufig auf: Bei einem von 26 Individuen wird im Laufe des Lebens eine Epilepsie diagnostiziert. Weltweit leiden rund 50 Millionen Menschen daran. Es gibt genetische und erworbene Formen.

Hinweis

Für den Inhalt dieses Beitrags ist die Freie Universität Berlin verantwortlich.

An Letzteren forscht Sonja Bröer: Die Professorin für Pharmakologie und Toxikologie am Fachbereich Veterinärmedizin will herausfinden, wie sie entsteht und verläuft – und wo es womöglich neue Ansatzpunkte für die Behandlung oder sogar Prävention der Erkrankung gibt, für Mensch wie Tier. Es gibt zwar bereits Medikamente, aber ein Drittel der Patienten spricht darauf nicht an.

Temperatursensitive Gene

Durch Zufall trafen sich Sonja Bröer und Florian Heyd im Exzellenzrat der Freien Universität, einem internen Beratungsgremium zur Forschungsstrategie. Florian Heyds Spezialgebiet ist die RNA-Biochemie. Er untersucht unter anderem, wie sich Kälte auf die Genregulation auswirkt. Sonja Bröer sollte einen Projektantrag des Biochemikers durchgehen, bei dem es um temperatursensitive Gene ging.

Das hatte zwar rein gar nichts mit ihrer eigenen Forschungsthematik, der Epilepsie, zu tun. Aber, wie spannend! Ob man das schon mal bei neurodegenerativen Erkrankungen ausprobiert hat, fragte sich die Pharmakologin. Hatte man nicht! Und so entwickelten Bröer und Heyd zusammen mit ihrer gemeinsamen Doktorandin Elisabeth Stauffenberg und mit Rossella Di Sapia vom Mario-Negri-Institut in Mailand ihr erstes gemeinsames Projekt, das von der US-amerikanischen Stiftung „CURE Epilepsy“ mit 215.000 Euro gefördert wird.

Florian Heyd hatte nämlich Erstaunliches entdeckt, als er das sogenannte alternative Spleißen untersuchte. Bei diesem molekularen Prozess können – je nach Bedarf der Zelle – aus ein und derselben Vorläufer-mRNA (genannt prä-mRNA) verschiedene reife RNAs entstehen. Und zwar, indem für Proteine kodierende Bereiche eines Gens, sogenannte Exons, auf unterschiedliche Weise miteinander verknüpft oder auch übersprungen werden.

So kann ein einziges Gen den Bauplan für viele unterschiedliche, aber verwandte Proteine liefern, was die Vielfalt des Proteoms, der Gesamtheit aller Proteine in einem Organismus, erheblich erhöht. „Uns interessierte vor allem, wie die Körpertemperatur das alternative Spleißen beeinflusst. Und dabei stießen wir auf das Protein RBM3“, erklärt Florian Heyd. RBM3 steht für „RNA-Bindung Motif 3“. Es war bekannt, das Eiswasser-Schwimmer erhöhte RMB3-Werte aufweisen. Doch was passiert da eigentlich genau in der Zelle?

Bei normalen Temperaturen wird ein bestimmtes Exon in die mRNA aufgenommen, das dazu führt, dass die RNA für die RBM3-Produktion destabilisiert wird. Bei Kälte aber fehlt der Zelle diese „Abbau-Anweisung“, und RBM3 entsteht. „So kann die Zelle sehr dynamisch auf Temperaturveränderungen reagieren“, erklärt Florian Heyd. RBM3 wird demnach durch Kälte induziert, um die Zelle vor Stress und – in der Folge – vor dem Absterben zu schützen.

Erhöhte Gehirntemperatur

Würden sich Entzündungen und die Degeneration von Nerven vielleicht auch ohne Kälteeinfluss verhindern lassen, indem man die RMB3-Bildung durch einen Wirkstoff ankurbelt? Der Forscher entwickelte dafür ein 19 Basenpaare langes Antisense-Oligonukleotid (ASO), das komplementär zu dem entscheidenden Exon ist. Es bindet „Watson-Crick-mäßig“ an jenem, bildet quasi eine Abdeckung und verhindert so, dass es in die mRNA aufgenommen werden kann.

Damit fehlt der Zelle nun auch bei Wärme das destabilisierende Element, und sie bildet RMB3 – ganz so, als würde sie auf Kälte reagieren. Das ASO täuscht also die Kälte vor. Im Labor bestätigte Florian Heyd in Zellkulturen den schützenden Effekt des Wirkstoffs.

Rossella Di Sapia hat im Tierversuch nachgewiesen, dass das Auslösen einer Epilepsie bei Mäusen zu einer erhöhten Gehirntemperatur führt, was durch das „Kälte-Fake“-Medikament verhindert werden kann. Sonja Bröer zeigte außerdem, dass die Behandlung die Gehirnzellen der Nager gut schützt. „Bei behandelten Mäusen sahen wir fast gar keine Schäden an den Nervenzellen mehr, während bei unbehandelten epileptischen Mäusen viele Neurone absterben“, bestätigt Florian Heyd, der derzeit das ASO im Labor weiter optimiert.

Um zu testen, ob das funktioniert, verabreichen Forschende Mäusen das ASO, bevor bei ihnen eine Epilepsie ausgelöst wird. Typische erste Folgen sind Anfälle, Gehirnentzündungen und das Absterben von Nervenzellen im Hippocampus. Nach einigen Monaten kommen Lern- und Gedächtnisstörungen hinzu – Symptome, die auch bei Menschen mit Epilepsie auftreten. Die Hoffnung: Die Behandlung mit dem ASO könnte all das verhindern.

Erwärmung und Entzündung

„Risikofaktoren für die erworbene Form der Epilepsie sind Schädel-Hirn-Traumata, Schlaganfälle oder Infektionen. Und es gibt bisher keine Medikamente, die verhindern, dass Wochen, Monate oder Jahre später eine chronische Anfalls-Erkrankung entsteht“, betont Sonja Bröer.

Man wisse inzwischen, dass auch bei Menschen mit chronischer Epilepsie entzündliche Veränderungen im Gehirn auftreten, teilweise gar Vernarbungen in bestimmten Hirnregionen. Bei sehr schweren Anfällen erhöhe sich auch die Hirntemperatur. „Noch ist nicht ganz klar, was es mit der Erwärmung und Entzündung des Gehirns auf sich hat. Aber wir befürchten, dass schon aufgrund der Klimaerwärmung künftig mehr Epilepsie-Fälle auftreten könnten“, meint Sonja Bröer.

Entzündungen im Gehirn, beschädigte Nervenzellen und ein Medikament, das dieses zumindest im Tierversuch verhindern kann – das klingt, als ob dieser neue Ansatz auch bei Demenz erfolgreich sein könnte. Als Prophylaxe wie auch als Therapie, um das Fortschreiten der Erkrankung zu verlangsamen.

Weitere Artikel aus den Beilagen der Freien Universität lesen Sie hier:Präsidentenkolumne von Günter M. Ziegler Wir brauchen positive Perspektiven Vorstandsvergütung im Aufsichtsrat Welchen Einfluss haben Arbeitnehmervertreter? Eine Brücke, die zu lange Einbahnstraße war Black Studies an der Freien Universität

„Das wäre natürlich ein Traum“, sagt Sonja Bröer. „Und in der Tat haben wir kürzlich ein entsprechendes Projekt gestartet.“ Gefördert durch die Alzheimer’s Foundation, ist es schon das vierte Projekt, das die beiden Forschenden gemeinsam angehen, die sich ohne den Exzellenzrat auf dem weiten Campus der Freien Universität vielleicht nie begegnet wären.