Neue Forschungen zur Hirnstruktur heben Zellen hervor, die mit Alzheimer und Autismus in Verbindung stehen.

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Neue Erkenntnisse über die Architektur des Gehirns haben Wissenschaftler des Wellcome Sanger Institute, des Wellcome-MRC Cambridge Stem Cell Institute und ihre Mitarbeiter gewonnen. Die Forscher entdeckten, dass die Zellen in der Großhirnrinde von Mäusen, die Astrozyten genannt werden, vielfältiger sind als bisher angenommen, mit unterschiedlichen Schichten von Astrozyten in der Großhirnrinde, die den bisher stärksten Beweis für ihre Spezialisierung im gesamten Gehirn liefern.

Die heute in der Zeitschrift Nature Neuroscience veröffentlichte, tiefgreifendste Studie dieser Art wird die Art und Weise, wie wir über das Gehirn und die Rolle von Zellen wie Astrozyten denken, verändern. Dieses Wissen wird Auswirkungen auf die Untersuchung neurologischer Störungen wie Alzheimer, Multiple Sklerose und Autismus haben.

In den letzten 20 Jahren hat die Forschung gezeigt, dass Gliazellen eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung und Funktion des Gehirns spielen und vielversprechende Ziele für ein besseres Verständnis neurologischer Störungen darstellen. Alzheimer verursacht etwa zwei Drittel der Demenzfälle in Großbritannien, von denen derzeit etwa 850.000 Personen betroffen sind. MS ist eine neurologische Erkrankung, die das zentrale Nervensystem betrifft und von der etwa 100.000 Menschen in Großbritannien betroffen sind. Autismus betrifft etwa einen von hundert Menschen in Großbritannien.

Glial” kommt von dem griechischen Wort für “Klebstoff” oder “Kitt”. Früher wurden Gliazellen als “Hirnkitt” bezeichnet – funktionell ähnliche, passive Zellen, deren einzige Funktion darin bestand, den Raum um die “alles wichtigen” Neuronen auszufüllen. Neue Studien zeigen jedoch ihre kritische Bedeutung bei der Regulierung von Neuronenfunktionen^. Astrozyten sind eine Art von Gliazellen, die wegen ihrer ‘sternförmigen’ Struktur so genannt werden^^.

Trotz der Fülle an Wissen über die neuronale Funktion und die Organisation von Neuronen in Schichten, war vor dieser Studie nur wenig untersucht worden, ob Gliazellen über verschiedene Schichten hinweg unterschiedliche zelluläre Eigenschaften aufweisen. Um diese Frage zu beantworten, entwickelten die Forscher einen neuen methodischen Ansatz, um einen detaillierteren Blick auf die Organisation von Astrozyten als je zuvor zu ermöglichen.

An der Universität Cambridge wurde eine Nukleinsäure-Bildgebung an Hirnproben von Mäusen und Menschen durchgeführt, um zu kartieren, wie neue Gene im Gewebe exprimiert werden. Diese Karten wurden am Wellcome Sanger Institute mit genomischen Einzelzelldaten kombiniert, um die molekulare Beschreibung von Astrozyten zu erweitern. Diese Datensätze wurden dann kombiniert, um ein dreidimensionales, hochauflösendes Bild der Astrozyten in der Großhirnrinde zu erstellen.

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Das Team entdeckte, dass Astrozyten nicht einheitlich sind, wie bisher angenommen, sondern je nach ihrer Lage in der Großhirnrinde unterschiedliche molekulare Formen annehmen. Sie stellten fest, dass auch Astrozyten in mehreren Schichten organisiert sind, dass aber die Grenzen der Astrozytenschichten nicht identisch mit den neuronalen Schichten sind. Stattdessen haben Astrozytenschichten weniger scharf begrenzte Kanten und überlappen die neuronalen Schichten.

Dr. Omer Bayraktar, Gruppenleiter am Wellcome Sanger Institute, sagte: “Die Entdeckung, dass Astrozyten in Schichten organisiert sind, die den neuronalen Schichten ähnlich, aber nicht identisch sind, definiert unsere Sicht auf die Struktur des Säugetiergehirns neu. Die Struktur der Großhirnrinde kann nicht mehr einfach als die Struktur von Neuronen gesehen werden. Wenn man richtig verstehen will, wie unser Gehirn funktioniert, muss man sich überlegen, wie die Astrozyten organisiert sind und welche Rolle sie spielen”.

Die Ergebnisse werden nicht nur unser Verständnis der Hirnbiologie verbessern, sondern auch Auswirkungen auf die Untersuchung und Behandlung menschlicher neurologischer Störungen haben. In den letzten zehn Jahren waren Gliazellen statt Neuronen stark in Krankheiten wie Alzheimer und Multiple Sklerose involviert.

Professor David Rowitch, leitender Autor der Studie und Leiter der Pädiatrie an der Universität Cambridge, sagte: “Diese Studie zeigt, dass die kortikale Architektur komplexer ist als bisher angenommen. Sie bietet eine Grundlage, um die genaue Rolle der Astrozyten und ihre Beteiligung an der Entwicklung des menschlichen Nervensystems und an neurodegenerativen Erkrankungen zu verstehen.

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