Was haben Alzheimer und Parkinson gemeinsam? Neue Erkenntnisse aus der zellulären Transkriptomik

Die Doktorandin Marta Arbizu Gómez zeigt, wie die zelluläre Transkriptomik gemeinsame molekulare Mechanismen und Risikogene bei Alzheimer und Parkinson aufdeckt und welche klinischen Auswirkungen dies hat.

Dieser Artikel beleuchtet, wie jüngste Fortschritte in der zellulären Transkriptomik zeigen, dass Alzheimer und Parkinson grundlegende molekulare Mechanismen gemeinsam haben, und stellt damit ihre traditionelle klinische Abgrenzung infrage. Die Untersuchung von Gen-Netzwerken identifiziert gemeinsame pathologische Signalwege – etwa Neuroinflammation und mitochondriale Dysfunktion –, die je nach Gehirnzelltyp unterschiedlich ausgeprägt sind. Zudem bestätigt sie die Beteiligung klassischer Risikogene wie APOE und SNCA an beiden Erkrankungen. Diese Erkenntnisse verändern unser Verständnis der Neurodegeneration und unterstreichen, wie wichtig es ist, Diagnostik und kognitive Stimulation multidimensional anzugehen, etwa mithilfe klinischer Plattformen wie NeuronUP.

Sind Alzheimer und Parkinson so unterschiedliche neurodegenerative Erkrankungen?

Die Alzheimer-Krankheit (AK) und die Parkinson-Krankheit (PK) wurden traditionell als zwei unterschiedliche neurodegenerative Erkrankungen untersucht. Alzheimer wird vor allem mit Gedächtnisbeeinträchtigungen, der Ablagerung von β-Amyloid und Tau sowie einer Beeinträchtigung kognitionsbezogener kortikaler Netzwerke in Verbindung gebracht. Parkinson hingegen ist durch motorische Symptome, den Verlust dopaminerger Neuronen und die Ablagerung von α-Synuclein gekennzeichnet.

In der klinischen und neuropathologischen Praxis ist diese Abgrenzung jedoch nicht immer eindeutig. Viele Menschen mit Parkinson entwickeln kognitive Beeinträchtigungen oder eine Demenz, während in manchen Gehirnen von Menschen mit Alzheimer auch Lewy-Körperchen nachweisbar sind – ein typisches pathologisches Merkmal von Parkinson. Das hat zu einer zunehmend wichtigen Frage geführt:

Könnten Alzheimer und Parkinson gemeinsame biologische Mechanismen haben?

Die in GigaScience veröffentlichte Studie geht dieser Frage mit einem innovativen Ansatz nach: Sie untersucht nicht nur einzelne Gene, sondern Genmodule, die in verschiedenen Zelltypen des Gehirns koordiniert zusammenwirken.

Wie wurde die Studie durchgeführt? Zelluläre Transkriptomik als neuer Ansatz

Um die molekularen Gemeinsamkeiten der beiden Erkrankungen zu untersuchen, nutzten die Forschenden umfangreiche Datensätze zur Einzelkern-Transkriptomik. Mit dieser Methode lässt sich untersuchen, welche Gene in einzelnen Zellen des Gehirns nach dem Tod aktiv sind.

Im Einzelnen analysierten sie:

• 70.634 Zellkerne aus dem Gehirn von Menschen mit Alzheimer und Kontrollpersonen.
• 340.902 Zellkerne aus dem Gehirn von Menschen mit Parkinson und Kontrollpersonen.
• Verschiedene Zelltypen, darunter Neuronen, Astrozyten, Mikroglia, Oligodendrozyten und oligodendrozytäre Vorläuferzellen.

Im Unterschied zu klassischen Genexpressionsstudien, die Gene meist einzeln untersuchen, wandte diese Arbeit einen multivariaten Ansatz auf der Grundlage von Transkriptommodulen an. Das heißt, die Autorinnen und Autoren identifizierten Gruppen von Genen, deren Veränderungen koordiniert auftreten und anhand derer sich gesundes von erkranktem Hirngewebe unterscheiden lässt.

Anschließend verglichen sie die mit Alzheimer verbundenen Module mit den Parkinson-assoziierten Modulen, um mögliche gemeinsame Mechanismen zu ermitteln.

Was zeigen die zentralen Ergebnisse? Gemeinsame molekulare Mechanismen

Die Ergebnisse zeigen, dass Alzheimer und Parkinson mehr molekulare Mechanismen gemeinsam haben, als mit herkömmlichen Ansätzen festgestellt wurde.

Eine der wichtigsten Erkenntnisse: Die Überschneidungen zwischen den beiden Erkrankungen zeigen sich nicht gleichmäßig im gesamten Gehirn, sondern hängen vom Zelltyp ab. Das ist bedeutsam, weil dieselbe genetische oder molekulare Veränderung je nachdem, ob sie in einem Neuron, einer Gliazelle oder einer an der Myelinisierung beteiligten Zelle auftritt, unterschiedliche Folgen haben kann.

In Neuronen standen die gemeinsamen Module von Alzheimer und Parkinson in Zusammenhang mit:

• Veränderungen des Zytoskeletts,
• der Mikrotubulusdynamik,
• dem mitochondrialen Transport,
• mitochondrialem Stress,
• Apoptoseprozessen.

Diese Prozesse sind für das Überleben von Neuronen entscheidend. Neuronen sind auf eine stabile innere Struktur und einen effizienten Energietransport entlang ihrer Fortsätze angewiesen. Versagen diese Systeme, steigt die Anfälligkeit für Neurodegeneration.

In der Mikroglia, den Immunzellen des zentralen Nervensystems, identifizierten die Autorinnen und Autoren gemeinsame Mechanismen in folgenden Bereichen:

• Immunaktivierung,
• Aktivierung von T-Zellen,
• Neuroinflammation,
• synaptischem Pruning,
• Lipidtransport.

Dieses Ergebnis stützt die Annahme, dass Hirnentzündung und Synapsenverlust sowohl bei Alzheimer als auch bei Parkinson bedeutsame Prozesse sind.

Bei den Oligodendrozyten, den für die Myelinbildung zuständigen Zellen, zeigten sich gemeinsame Veränderungen bei Prozessen der Myelinisierung und der Erhaltung der Axone. Dies deutet darauf hin, dass ein Verlust der Integrität der weißen Substanz und der neuronalen Kommunikation ein gemeinsamer Mechanismus beider Erkrankungen sein könnte.

Bei Astrozyten wurden schließlich Signalwege im Zusammenhang mit der Verarbeitung von Schwermetallen wie Zink, Kupfer und Eisen sowie mit oxidativem Stress beobachtet. Diese Veränderungen könnten zur Zellschädigung und zur Anhäufung fehlgefalteter Proteine beitragen.

Klassische Gene (APOE und SNCA): neue Zusammenhänge

Ein weiterer interessanter Aspekt der Studie ist, dass Gene, die traditionell mit einer Erkrankung in Verbindung gebracht werden, auch in Modulen der anderen Erkrankung eine Rolle spielen.

So zeigte APOE, eines der bekanntesten Alzheimer-Risikogene, nicht nur Bedeutung in Alzheimer-assoziierten Modulen, sondern auch in Modulen, die mit Parkinson zusammenhängen. Umgekehrt trat SNCA, ein mit α-Synuclein und Parkinson assoziiertes Gen, auch in Alzheimer-assoziierten Modulen auf.

Das bedeutet nicht, dass beide Erkrankungen gleich sind. Vielmehr können bestimmte Gene an gemeinsamen biologischen Netzwerken beteiligt sein, die mit Neurodegeneration zusammenhängen. Entscheidend ist nicht nur das einzelne Gen, sondern auch der zelluläre Kontext und die Gesamtheit der Gene, mit denen es interagiert.

Warum sollten Module statt einzelner Gene untersucht werden?

Die Autorinnen und Autoren verglichen ihren modularen Ansatz mit der klassischen Analyse der differentiellen Genexpression. Letztere identifiziert Gene, deren Aktivität bei einer Erkrankung zu- oder abnimmt, untersucht sie aber einzeln.

Das Ergebnis war eindeutig: Die herkömmliche Analyse stellte eine deutlich begrenztere Überschneidung zwischen Alzheimer und Parkinson fest. Der modulbasierte Ansatz ermöglichte hingegen die Identifizierung eines breiteren Spektrums gemeinsamer Prozesse.

Das ist besonders bei komplexen Erkrankungen wie neurodegenerativen Erkrankungen von Bedeutung, bei denen die Schädigung in der Regel nicht von einem einzelnen Gen, sondern von gestörten biologischen Netzwerken abhängt. Die Untersuchung von Modulen ermöglicht ein besseres Verständnis dafür, wie die Erkrankung im Gehirn tatsächlich funktioniert.

Klinische Bedeutung für Forschung und Praxis

Diese Studie bekräftigt die Annahme, dass neurodegenerative Erkrankungen nicht als vollständig voneinander getrennte Entitäten verstanden werden sollten. Obwohl sich Alzheimer und Parkinson klinisch unterschiedlich äußern, können sie gemeinsame zelluläre Schädigungswege aufweisen.

Aus Forschungssicht eröffnet dies mehrere Möglichkeiten:

• Gemeinsame therapeutische Zielstrukturen identifizieren, die für verschiedene neurodegenerative Erkrankungen relevant sind.
• Besser verstehen, warum manche Menschen mit Parkinson kognitive Beeinträchtigungen entwickeln.
• Neurodegeneration aus einer stärker integrierten Perspektive untersuchen und dabei Zelltypen, Gen-Netzwerke und gemeinsame biologische Prozesse berücksichtigen.
• Biomarker erforschen, die nicht auf eine einzelne Erkrankung beschränkt sind, sondern gemeinsame Mechanismen der Hirnschädigung widerspiegeln.

Darüber hinaus hebt die Studie die Bedeutung omischer Verfahren und fortgeschrittener Computermodelle für die Auswertung komplexer biologischer Daten hervor. Die Kombination aus Transkriptomik, künstlicher Intelligenz und Neurobiologie ermöglicht es, Muster zu erkennen, die mit herkömmlicheren Methoden möglicherweise unentdeckt blieben.

Wie steht dieser Fortschritt mit NeuronUP in Verbindung?

Bei NeuronUP werden wissenschaftlich fundierte Angebote für kognitive Rehabilitation und Stimulation eingesetzt. Auch wenn sich diese Studie auf molekulare Mechanismen konzentriert, sind ihre Ergebnisse für das klinische Verständnis kognitiver Beeinträchtigungen relevant.

Dass Alzheimer und Parkinson Signalwege im Zusammenhang mit Entzündung, Myelinisierung, Energiestoffwechsel und Synapsenverlust gemeinsam haben, unterstreicht, wie wichtig ein multidimensionaler Ansatz bei Neurodegeneration ist.

In diesem Zusammenhang können Plattformen wie NeuronUP unterstützen durch:

• Kognitive Untersuchungen verschiedener Domänen, etwa Gedächtnis, Aufmerksamkeit, Exekutivfunktionen, Sprache oder visuell-räumliche Fähigkeiten.
• Individuell angepasste Interventionen, die auf das kognitive und funktionelle Profil der jeweiligen Person abgestimmt sind.
• Längsschnittliche Verlaufsbeobachtung, mit der sich die Entwicklung der kognitiven Leistungsfähigkeit im Zeitverlauf erfassen lässt.
• Multidimensionale Interventionsprogramme, die besonders relevant sind, wenn verschiedene Erkrankungen gemeinsame Mechanismen der Hirnschädigung aufweisen.

Studien dieser Art tragen dazu bei, molekulare Forschung mit der klinischen Praxis zu verbinden. Sie verdeutlichen, dass kognitive Beeinträchtigungen nicht auf einen einzelnen Prozess zurückzuführen sind, sondern aus dem Zusammenspiel zahlreicher biologischer, zerebraler und funktioneller Systeme hervorgehen.

Fazit zur pathologischen Konvergenz

Die Studie zeigt, dass Alzheimer und Parkinson wichtige molekulare Mechanismen gemeinsam haben, wenn sie aus transkriptomischer und zellulärer Perspektive untersucht werden. Die Gemeinsamkeiten zeigen sich insbesondere bei Prozessen im Zusammenhang mit der mitochondrialen Funktion, dem neuronalen Zytoskelett, der Neuroinflammation, dem synaptischen Pruning, der Myelinisierung und oxidativem Stress.

Diese Erkenntnisse heben die Unterschiede zwischen beiden Erkrankungen nicht auf, stellen aber ein allzu stark voneinander abgegrenztes Verständnis der Neurodegeneration infrage. Ein besseres Verständnis der gemeinsamen Mechanismen kann dazu beitragen, neue therapeutische Zielstrukturen zu identifizieren, Patientinnen und Patienten besser zu klassifizieren und stärker personalisierte Interventionen zu entwickeln.

Im Kontext von NeuronUP unterstreichen diese Ergebnisse, wie wichtig eine umfassende Erfassung und Förderung der Kognition ist – auch vor dem Hintergrund, dass verschiedene Erkrankungen zu ähnlichen funktionellen Veränderungen führen können.

Literatur

• Bhattacharya A, Fon EA, Dagher A, Iturria-Medina Y, Stratton JA, Savignac C, Stanley J, Hodgson L, Ait Hammou B, Bennett DA, Bzdok D. Cell type transcriptomic modules reveal shared molecular mechanisms in Alzheimer’s and Parkinson’s disease. GigaScience. 2026;15:giag059. doi:10.1093/gigascience/giag059.

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