Zellulären Umprogrammierung: Umwandlung nicht-neuronaler Zellen

Die im Tiermodell gewonnenen Erkenntnisse zur zellulären Umprogrammierung im Gehirn könnten eine wichtige Rolle für die Entwicklung neuer Behandlungsansätze bei neurologischen und neuropsychiatrischen Erkrankungen spielen. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Das Gehirn besteht aus verschiedenen Zellpopulationen, die jeweils spezifische Funktionen erfüllen. Zu den wichtigsten Zelltypen zählen die nicht-neuronalen Gliazellen, auch Stützzellen oder Neuroglia genannt, und die als Neuronen bezeichneten Nervenzellen.

Die häufigste Art der Gliazellen sind die Astrozyten (Astroglia). Sie bieten den Neuronen strukturellen Halt, versorgen sie mit Nährstoffen und tragen zur Bildung und Aufrechterhaltung der Blut-Hirn-Schranke bei, die das Gehirn vor schädlichen Substanzen schützt.

Welche Rolle spielen Neuronen im Gehirn?

Neuronen sind die Hauptakteure des Gehirns, verantwortlich für die Verarbeitung und Übertragung von Informationen. Sie kommunizieren über elektrische und chemische Signale und spielen eine zentrale Rolle bei der Entstehung und dem Fortschreiten einer Vielzahl von Krankheiten. Eine Beeinträchtigung oder der Verlust ihrer Funktion kann zu neurologischen Störungen wie Epilepsie oder neuropsychiatrischen Erkrankungen wie Schizophrenie führen.

Direkte neuronale Reprogrammierung

Unter der Leitung von Univ.-Prof. Dr. Benedikt Berninger haben Wissenschaftler des Instituts für Physiologische Chemie der Universitätsmedizin Mainz gemeinsam mit Forschenden des King’s College London einen neuartigen Ansatz zur Ersetzung abgestorbener Nervenzellen untersucht: die sogenannte direkte neuronale Reprogrammierung.

„Ziel unserer Arbeit war es, eine Methode zu entwickeln, um im erkrankten Gewebe vorkommende Astroglia direkt im Gehirn in Nervenzellen mit spezifischen Eigenschaften umzuwandeln“, erläutert Professor Berninger, der als Arbeitsgruppenleiter am Institut für Physiologische Chemie tätig ist.

Genetische Umprogrammierung von Astrozyten

Im Tiermodell schleusten die Wissenschaftler:innen zu diesem Zweck Gene in die Astroglia ein, die den Bauplan für die Bildung von bestimmten Eiweißen enthalten. Bei diesen Eiweißen handelt es sich um Transkriptionsfaktoren, die bestimmen, welche Abschnitte des Erbmaterials im Zellkern abgelesen werden und damit auch, welche Form und Funktion eine Zelle hat.

Bedeutung für die Behandlung neurologischer Erkrankungen

Das Forschungsteam konnte zeigen, dass das gezielte Einschleusen der Gene die Umwandlung der Gliazellen in Nervenzellen bewirkt. Bei ihren Untersuchungen gelang es den Forschenden, die Astrozyten so umzuprogrammieren, dass sie die Funktionen eines im Zusammenhang mit neurologischen und neuropsychiatrischen Erkrankungen besonders wichtigen Subtyps von Neuronen, den sogenannten hochfrequent-feuernden (Fast-spiking) hemmenden Parvalbumin-positiven Interneuronen, annahmen.

 „Die Neubildung dieser spezifischen Neurone mit Hilfe der direkten neuronalen Reprogrammierung von Gliazellen könnte es eines Tages ermöglichen, erkrankte Nervennetzwerke im menschlichen Gehirn zu reparieren", betont Professor Berninger.  „Unsere im Tiermodell gewonnenen Erkenntnisse haben damit das Potenzial, einen entscheidenden Beitrag für die Entwicklung von neuen Ansätzen zur Behandlung von neurologischen und neuropsychiatrischen Erkrankungen zu leisten.“

Originalpublikation:
Marichal N, Péron S, Beltrán Arranz A, Galante C, Franco Scarante F, Wiffen R, Schuurmans C, Karow M, Gascón S, Berninger B. Reprogramming astroglia into neurons with hallmarks of fast-spiking parvalbumin-positive interneurons by phospho-site-deficient Ascl1. Sci Adv. 2024 Oct 25;10(43):eadl5935. doi.org/10.1126/sciadv.adl5935

Quelle: Universitätsmedizin Mainz