Psychosoziale Erfahrungen sind mit der mitochondrialen Biologie des menschlichen Gehirns verbunden
21.06.2024 Mehr positive Erfahrungen im Leben werden mit einer geringeren Neigung zur Entwicklung von Hirnerkrankungen wie Alzheimer, einem langsameren kognitiven Abbau im Alter und sogar mit einem längeren Leben in Verbindung gebracht.
Doch wie Gefühle und Erfahrungen in körperliche Veränderungen umgesetzt werden, die das Gehirn schützen oder schädigen, ist noch unklar.
Eine Studie von Columbia-Forschern legt nun nahe, dass die Mitochondrien des Gehirns eine grundlegende Rolle spielen könnten. Mitochondrien versorgen das Gehirn mit Energie, und die neue Studie zeigt, dass die molekulare Maschinerie, die von den Mitochondrien zur Energieumwandlung genutzt wird, bei älteren Erwachsenen, die in ihrem Leben weniger psychischen Stress erlebt haben, stärker ausgeprägt ist als bei Personen, die mehr negative Erfahrungen gemacht haben.
„Wir zeigen, dass die psychische Verfassung älterer Menschen mit der Biologie ihrer Mitochondrien im Gehirn zusammenhängt. Das ist das erste Mal, dass subjektive psychosoziale Erfahrungen mit der Biologie des Gehirns in Verbindung gebracht werden“, sagt Caroline Trumpff, Assistenzprofessorin für medizinische Psychologie, die zusammen mit Martin Picard, außerordentlicher Professor für Verhaltensmedizin am Vagelos College of Physicians and Surgeons der Columbia University und im Robert N. Butler Columbia Aging Center, die Studie leitete.
„Wir denken, dass die Mitochondrien im Gehirn wie Antennen sind, die molekulare und hormonelle Signale auffangen und Informationen an den Zellkern weiterleiten, die den Lebensverlauf jeder Zelle verändern“, sagt Picard. „Und wenn Mitochondrien das Zellverhalten verändern können, können sie auch die Biologie des Gehirns, des Geistes und des ganzen Menschen verändern.“
Die Studie
Für die neue Studie wurden Daten aus zwei umfangreichen Studien mit fast 450 älteren Menschen in den Vereinigten Staaten verwendet. In jeder Studie wurden zwei Jahrzehnte lang detaillierte psychosoziale Informationen über die Teilnehmer gesammelt. Die Studienteilnehmer stellten ihre Gehirne nach dem Tod für weitere Analysen zur Verfügung, die Daten über den Zustand der Gehirnzellen der Teilnehmer lieferten.
Trumpff erstellte Indizes, die die Berichte der Patienten über positive und negative psychosoziale Faktoren in einen einzigen Wert für die psychosoziale Gesamterfahrung umwandelten. Außerdem bewertete sie jeden Teilnehmer in sieben Bereichen, die verschiedene genetische Netzwerke darstellen, die in den Mitochondrien aktiv sind.
„Die Verwendung multivariater Mitotyp-Indizes ist eine wichtige Neuerung, da wir den biologischen Zustand der Mitochondrien mit Hilfe von Netzwerken verwandter Gene leichter interpretieren können als mit einer Analyse von Tausenden einzelner Gene“, sagt Picard.
Mitochondrien und psychosoziale Erfahrungen
Die Ergebnisse zeigen, dass ein mitochondrialer Bereich – der die Energieumwandlungsmaschinerie der Organelle bewertet – mit psychosozialen Werten in Verbindung steht.
„Größeres Wohlbefinden war mit einer größeren Menge an Proteinen in den Mitochondrien verbunden, die für die Energieumwandlung benötigt werden, während eine negative Stimmung mit einem geringeren Proteingehalt verbunden war“, sagt Trumpff. „Dies könnte der Grund sein, warum chronischer psychischer Stress und negative Erfahrungen schlecht für das Gehirn sind, weil sie die mitochondriale Energieumwandlung im dorsolateralen präfrontalen Cortex – dem Teil des Gehirns, der für kognitive Aufgaben auf hohem Niveau zuständig ist – schädigen oder beeinträchtigen.“
Die Forscher analysierten auch die Mitochondrien in bestimmten Zelltypen des Gehirns und fanden heraus, dass die Verbindungen zwischen Mitochondrien und psychosozialen Faktoren nicht von den Neuronen des Gehirns, sondern von den Gliazellen angetrieben wurden, die möglicherweise mehr als ihre traditionell angenommene „unterstützende“ Rolle spielen.
„Neuronen standen bisher im Mittelpunkt der Neurowissenschaften, aber wir werden uns langsam der Tatsache bewusst, dass auch andere Zellen im Gehirn für Krankheiten verantwortlich sein können.“
Verändern die Mitochondrien die Stimmung, oder verändert die Stimmung die Mitochondrien?
Obwohl die aktuelle Studie nicht feststellen kann, ob die psychosozialen Erfahrungen der Teilnehmer ihre Mitochondrien im Gehirn verändert haben oder ob angeborene oder erworbene mitochondriale Zustände zu diesen Erfahrungen beigetragen haben, deuten andere Studien darauf hin, dass die Beziehung zwischen Mitochondrien und Stimmung in beide Richtungen funktioniert.
Bei Menschen fand eine kürzlich von Picard und seiner Mitarbeiterin Elissa Epel an der UCSF durchgeführte Studie den ersten Hinweis darauf, dass die Stimmung die Mitochondrien beeinflussen kann: In dieser Studie sagte eine positive Stimmung eine höhere mitochondriale Energieproduktion in den Blutzellen der Teilnehmer an den folgenden Tagen voraus, aber die mitochondriale Aktivität sagte die Stimmung an den folgenden Tagen nicht voraus.
„Es ist möglich, dass sich diese Mechanismen gegenseitig verstärken“, sagt Trumpff. „Chronischer Stress könnte die mitochondriale Biologie eines Individuums so verändern, dass sich dies auf die Wahrnehmung sozialer Ereignisse auswirkt, was wiederum zu mehr Stress führt. In der Literatur zeichnet sich das Bild ab, dass all diese Mechanismen interaktiv sind“.
© Psylex.de – Quellenangabe: Proceedings of the National Academy of Sciences – https://doi.org/10.1073/pnas.1321881111
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