Künstliche Intelligenz (KI) ist ein breites Feld, das viele unterschiedliche Unterarten umfasst, von Apps, die Gedichte schreiben können, bis hin zu Algorithmen, die Muster erkennen, die Menschen leicht übersehen. Kürzlich hat die KI-Modellierung eine bedeutende Rolle bei der Weiterentwicklung einer Alzheimer-Studie gespielt. Forscher der Universität Kalifornien, San Diego (UC San Diego) nutzten KI, um herauszufinden, dass ein genetischer Marker, der häufig als Indikator für Alzheimer gilt, möglicherweise auch eine ursächliche Rolle spielt. Diese Entdeckung unterstreicht eine zentrale Herausforderung in der Alzheimer-Forschung: Die Unterscheidung zwischen den durch die Erkrankung verursachten Veränderungen und den Veränderungen, die sie tatsächlich auslösen. Der Fokus dieser Studie lag auf einem Enzym namens Phosphoglycerat-Dehydrogenase (PHGDH) und dem Gen, das es codiert. Frühere Untersuchungen des Teams hatten gezeigt, dass dieses Gen bei Personen mit schnell fortschreitendem Alzheimer tendenziell aktiver ist. Was jedoch unklar blieb, war der Mechanismus hinter diesem Zusammenhang. Mit Hilfe von KI modellierten die Forscher die dreidimensionale Struktur des Enzyms PHGDH detaillierter und entdeckten eine bisher unbekannte Funktion: Es scheint andere bestimmte Gene an- und auszuschalten. Weitere Untersuchungen zeigten, dass PHGDH mit zwei Genen in Astrozyten interagiert – Hirnzellen, die die Neurone unterstützen – auf eine Weise, die die Fähigkeit des Gehirns zur Bewältigung von Entzündungen und zur Beseitigung von Abfallprodukten stört. Die Forscher glauben, dass diese Wechselwirkung einen kritischen Wendepunkt darstellen könnte, der Alzheimer auslöst und somit die Verbindung zwischen PHGDH und der Erkrankung erklärt. „Diese Entdeckung erforderte wirklich modernste KI, um die dreidimensionale Struktur des Enzyms präzise zu bestimmen“, bemerkt Sheng Zhong, Bioingenieur an der UC San Diego. Anschließend versuchte das Team, Methoden zu entwickeln, um PHGDH teilweise zu hemmen.

Idealerweise würde ein Medikament die genregulierende Aktivität von PHGDH in Astrozyten blockieren, seine essenziellen enzymatischen Funktionen jedoch bewahren. Sie identifizierten ein Molekül namens NCT-503, das diese Kriterien erfüllt. Erneut wurde KI-Modelle eingesetzt, um die Struktur von NCT-503 und seine Interaktion mit PHGDH zu analysieren. Es scheint, dass NCT-503 an eine spezifische Stelle in PHGDH bindet und so dessen unbefugte Gen-Schaltfunktion verhindert. Obwohl es noch beträchtliche Zeit dauern wird, bis ein Medikament gegen Alzheimer auf Basis dieser Erkenntnisse entwickelt werden kann, haben erste Studien gezeigt, dass Behandlungen, die aus NCT-503 abgeleitet sind, die PHGDH-Aktivität in Mausmodellen der Krankheit effektiv regulieren können. Mäuse, die mit dem Molekül behandelt wurden, zeigten bessere Leistungen bei Gedächtnis- und Angstschnitten. „Nun gibt es einen therapeutischen Kandidaten mit nachgewiesener Wirksamkeit, der weiteres klinisches Potenzial birgt“, sagt Zhong. „Es könnten völlig neue Klassen kleiner Moleküle entstehen, die für zukünftige Therapien genutzt werden können. “ Wichtig ist auch, dass NCT-503 in der Lage ist, die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden und Neuronen sowie ihre unterstützenden Zellen zu erreichen, was die potenzielle Wirkung dieser Forschung erheblich erhöht. Medikamente auf Basis von NCT-503 könnten zudem oral verabreicht werden. Obwohl die Entschlüsselung der Komplexität der Alzheimer-Krankheit – einschließlich der verschiedenen beitragenden Faktoren, von Umweltbedingungen bis hin zu genetischer Veranlagung – ein langsamer Prozess bleibt, kommen wir mit jeder neuen Studie der Entwicklung effektiver Behandlungen und einer besseren Bewältigung der Erkrankung näher. „Leider bleiben die Behandlungsmöglichkeiten für Alzheimer sehr eingeschränkt“, reflektiert Zhong. „Derzeit sind die Therapieansätze weit entfernt von optimal. “