Wurzeln psychischer und neurodegenerativer Erkrankungen in der Bildung fetaler Gehirnzellen gefunden

Die Ursprünge einiger neuropsychiatrischer Störungen wie Autismus, bipolarer Störung oder Depression sowie einiger neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson liegen möglicherweise sehr früh in der Entwicklung des fetalen Gehirns. Laut einer Studie des Forschungsinstituts des Hospital del Mar und der Yale University, die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, ist dies früher als bisher angenommen.

Der Schwerpunkt der Arbeit lag darauf, „die Ursprünge psychischer Erkrankungen in den frühesten Stadien der fötalen Entwicklung zu finden, insbesondere in den Stammzellen des Gehirns“, erklärt Dr. Gabriel Santpere, Forscher im Miguel Servet-Programm und Koordinator der Forschungsgruppe Neurogenomik im Programm für Biomedizinische Informatik des Istituto Investigaciones Hospital del Mar, einer Kooperationsgruppe mit der Universität Pompeu Fabra.

Dazu nutzten sie eine Liste von fast 3.000 Genen, die mit neuropsychiatrischen Erkrankungen, neurodegenerativen Pathologien und kortikalen Fehlbildungen assoziiert sind, und modellierten die Auswirkungen veränderter Gene auf die an der Gehirnentwicklung beteiligten Zellen. Die Ergebnisse zeigen, dass viele dieser Gene bereits früh in der fetalen Entwicklung in Stammzellen aktiv sind – den Vorläuferzellen, die das Gehirn formen und Neuronen sowie die sie unterstützenden Strukturen bilden.

Dies zu erreichen war keine leichte Aufgabe. Dieses Stadium der Gehirnentwicklung ist sehr schwer zu untersuchen. Deshalb sammelten die Forscher umfangreiche Daten aus menschlichen und Mäusegehirnen sowie aus In-vitro-Zellmodellen.

Dr. Nicola Micali, assoziierter Forscher im Labor von Dr. Pasko Rakic in Yale und Co-Leiter der Studie, bemerkt: „Wissenschaftler untersuchen normalerweise Gene, die für psychische Erkrankungen bei Erwachsenen verantwortlich sind. In dieser Arbeit haben wir jedoch festgestellt, dass viele dieser Gene bereits in der frühen Phase der fötalen Gehirnentwicklung aktiv sind und dass Veränderungen in diesen Genen die Gehirnentwicklung beeinträchtigen und zu psychischen Störungen im späteren Leben beitragen können.“

Die Studie modellierte spezifische regulatorische Netzwerke für jeden an der Gehirnentwicklung beteiligten Zelltyp, um zu untersuchen, wie sich die Aktivierung oder Deaktivierung der analysierten Gene, die mit verschiedenen Hirnerkrankungen assoziiert sind, auf Vorläuferzellen in verschiedenen Stadien auswirkt. Dadurch konnten die Forschenden die Bedeutung jedes einzelnen Gens für die Entwicklung von Störungen beobachten, die wiederum unterschiedliche Krankheiten verursachen. Die Liste reicht von Mikrozephalie und Hydrozephalus über Autismus, Depression, bipolare Störung, Anorexie oder Schizophrenie bis hin zu Alzheimer und Parkinson.

Es wurde festgestellt, dass all diese Pathologien Gene betreffen, die in den frühesten Phasen der Gehirnentwicklung, wenn neuronale Stammzellen aktiv sind, eine Rolle spielen. „Wir untersuchen ein breites Spektrum an möglichen Gehirnerkrankungen und untersuchen, wie sich die an diesen Erkrankungen beteiligten Gene in neuronalen Stammzellen verhalten“, ergänzt Joel Mato-Blanco, Forscher am Forschungsinstitut des Hospital del Mar.

Gleichzeitig weist er darauf hin, dass die Arbeit „die Zeitfenster und Zelltypen identifiziert, in denen die Wirkung dieser Gene am stärksten ausgeprägt ist, und Hinweise darauf gibt, wann und wo die Funktion dieser Gene gezielt angegriffen werden muss.“

Diese Informationen „sind nützlich, um die Ursprünge von Erkrankungen der Großhirnrinde zu verstehen, das heißt, wie genetische Veränderungen zu diesen Pathologien führen“, sagt Dr. Santpere.

Das Verständnis dieser Mechanismen und der Rolle jedes einzelnen Gens bei jeder Krankheit kann dazu beitragen, gezielte Therapien zu entwickeln, die auf diese Mechanismen abzielen, und eröffnet Möglichkeiten für die Gentherapie und personalisierte Behandlung.