Suche nach den biologischen Mechanismen der Depression

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UR-Studie untersucht die Rolle der Mitochondrien bei Depressionen

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23. Juni 2022

Die Depression ist eine schwere psychiatrische Erkrankung, die mit einer Störung der Hirnfunktion einhergeht und als systemische Erkrankung auch eine somatische („körperliche“) Manifestation aufweist. Heute ist jeder fünfte bis sechste Mensch von dieser Erkrankung betroffen und leidet an schweren und belastenden psychischen, kognitiven und somatischen Symptomen. Eine anhaltend gedrückte Stimmung gepaart mit dem Verlust von Antrieb, Hemmung des Denkens, Interessensverlust, Schmerzzuständen, Schlafstörungen und Appetitlosigkeit stellen die wesentlichen Merkmale der Depression dar. Leider ist das Verständnis der neurobiologischen Mechanismen, die dieser komplexen Erkrankung zugrunde liegen, noch zu gering. Dies zeigt sich auch darin, dass die heute für die Behandlung der Depression zur Verfügung stehenden Medikamente oft nur sehr verzögert und unvollständig zu einer Besserung der Symptome führen. Aktuelle Hypothesen zu den biologischen Mechanismen der Depression umfassen vor allem Störungen in der Nervenzellkommunikation im Gehirn, bei der zentrale Neurotransmittersysteme wie Serotonin und Noradrenalin, aber auch Glutamat und GABA betroffen sind. Zudem spielen Stresshormone, Wachstumsfaktoren und Entzündungsreaktionen eine bedeutende Rolle für die Ätiologie der Depression. 

Aktuelle Forschungsergebnisse aus dem Labor von Prof. Dr. rer. nat. Christian Wetzel, Lehrstuhl für Psychiatrie und Psychotherapie der Universität Regensburg, rücken die Frage nach einer möglichen Bedeutung der Mitochondrien und der zellulären Energetik für die Entstehung und Ausprägung der Depression in den Fokus. Die Ergebnisse der Studien wurden jetzt in der international renommierten Fachzeitschrift „Molecular Psychiatry“ veröffentlicht. 

Um die Bedeutung der Mitochondrien im Kontext der Depression näher zu untersuchen, wurde an der UR hierfür ein humanes Zellmodell entwickelt: Hautzellen (Fibroblasten) von Patienten mit einer Depression sowie von gesunden Kontrollpersonen wurden im Labor vermehrt, zu induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) re-programmiert, und dann zu neuralen Vorläuferzellen sowie zu Nervenzellen weiterentwickelt. „In unserer Studie konnten wir zeigen, dass Zellen depressiver Patienten eine veränderte und zum Teil eingeschränkte Funktion der Mitochondrien aufweisen und sich dies auch in einer veränderten Funktion der Nervenzellen zeigt“, erklärt Prof. Wetzel. „So konnten wir zeigen, dass neurale Vorläuferzellen depressiver Patienten eine geringere Zellatmung (oxidative Phosphorylierung), eine veränderte Calcium-Homöostase und eine reduzierte Zellgröße aufwiesen“, so Wetzel. Weiterhin gelang es zu zeigen, dass die differenzierten Nervenzellen depressiver Patienten veränderte elektrophysiologische Eigenschaften besitzen. Neurone von Patienten mit Depression wiesen ein weniger hyperpolarisiertes Membranpotential auf und zeigten eine veränderte Stromdichte spannungsaktivierter Natriumionenkanäle, welche für die Entstehung von Aktionspotentialen zur Weiterleitung von Information von Nervenzelle zu Nervenzelle notwendig sind. Eine verringerte elektrische Kapazität der Neurone depressiver Patienten spricht auch hier für eine reduzierte Zellgröße. 

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Humane Nervenzellen differenziert aus induzierten pluripotenten Stammzellen (DIV21, Tuj1 (B3TUB)-grün, MAP2-rot, NEUN-magenta und DAPI-blau) © Universität Regensburg/Vladimir Milenkovic

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Diese Befunde unterstreichen die Bedeutung der Mitochondrien und des zellulären Energiestoffwechsels für grundlegende und komplexe neuronale Funktionen und zeigen, dass diese auf zellulärer Ebene nachweisbaren Veränderungen weitreichende Konsequenzen für die psychische und somatische Gesundheit haben können.
„Unsere Untersuchungen eröffnen einen vielversprechenden Weg, um die neurobiologischen Mechanismen der Depression besser zu verstehen und über die Identifizierung neuer Zielstrukturen (Targets) zukünftig einen Beitrag zur Entwicklung wirksamerer Medikamente leisten zu können“ fasst Prof. Wetzel die Ergebnisse zusammen. 

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Originalpublikation
Triebelhorn J, Cardon I, Kuffner K, Bader S, Jahner T, Meindl K, Rothhammer-Hampl T, Riemenschneider MJ, Drexler K, Berneburg M, Nothdurfter C, Manook A, Brochhausen C, Baghai TC, Hilbert S, Rupprecht R, Milenkovic VM, Wetzel CH (2022) Induced neural progenitor cells and iPS-neurons from major depressive disorder patients show altered bioenergetics and electrophysiological properties. Molecular Psychiatry
DOI: https://doi.org/10.1038/s41380-022-01660-1

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