Studie zeigt: Menschliches Gehirn entwickelt sich aus zwei getrennten Organen

Das menschliche Gehirn ist nicht das einheitliche Organ, für das Wissenschaftler es lange hielten. Eine am Freitag in Nature Neuroscience veröffentlichte Studie eines von Stanford Medicine geleiteten Forschungsteams enthüllt, dass sich das Gehirn aus zwei getrennten Populationen von Stammzellen entwickelt. Dies widerlegt den jahrzehntelangen wissenschaftlichen Konsens, dass ein einziger Vorläufer das gesamte Organ hervorbringt.medicalxpress+1

Zwei Systeme, ein Organ

Das vorherrschende Modell der Gehirnentwicklung besagte, dass alle Gehirnregionen auf eine gemeinsame Stammzelle im frühen Embryonalstadium zurückzuführen sind. Die neue Forschung räumt mit dieser Vorstellung auf. Bei der Arbeit mit Mausembryonen während der Gastrulation, dem Stadium, in dem die Körperform entsteht, identifizierte das Team zwei sich gegenseitig ausschließende Stammzellpopulationen. Die eine, die das Gen Otx2 exprimiert, ist dazu bestimmt, Vorder- und Mittelhirn zu werden, die für Sprache, Bewusstsein und abstraktes Denken zuständig sind. Die andere, die Gbx2 exprimiert, bildet das Hinterhirn, das Atmung, Herzschlag, Schlaf und Schlucken steuert.sciencealert+1

Die beiden Populationen überschneiden sich nie, und ihre DNA-Verpackung, das sogenannte Chromatin, unterscheidet sich grundlegend, was jeden Zelltyp auf seinen Entwicklungsweg festlegt. Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass der vordere Teil des Gehirns aus einer völlig anderen Stammzelle entsteht als der hintere Teil, sagt Kyle Loh, außerordentlicher Professor für Entwicklungsbiologie in Stanford und leitender Autor der Studie.medicalxpress+1

Die Forscher bestätigten, dass sich dieses Muster über Mäuse hinaus erstreckt. Sie fanden die gleiche Struktur mit doppeltem Ursprung bei Hühnern, Zebrafischen, Makaken und Eichelwürmern, Arten, die einen gemeinsamen Vorfahren teilen, der vor etwa 550 Millionen Jahren gelebt haben soll. Unsere Forschung legt nahe, dass die Evolution zwei bestehende Nervensysteme nahm und sie räumlich zusammenfügte, so Loh.sciencealert+1

Von der Entdeckung zur Krankheitsforschung

Die Erkenntnis löst ein langjähriges Rätsel im Labor. Wissenschaftler haben jahrzehntelang versucht, Hinterhirn-Neuronen in vitro zu züchten, wahrscheinlich weil sie mit Stammzellen begannen, die für das Vorderhirn bestimmt waren. Frühere Versuche, Hinterhirn-Neuronen herzustellen, versuchten wahrscheinlich, Vorder- und Mittelhirn-Stammzellen in Hinterhirnzellen umzuwandeln, was laut unserer Studie nicht möglich ist, sagt Co-Erstautor Rayyan Jokhai.streamlinefeed+1

Mit dem richtigen Ausgangsmaterial gelang es dem Team erstmals, funktionelle menschliche motorische Hinterhirn-Neuronen aus pluripotenten Stammzellen zu generieren. Die im Labor gezüchteten Zellen zeigten elektrische Aktivität und Proteine, die für die Hinterhirnregionen charakteristisch sind, welche die Gesichts- und Schluckmuskulatur steuern. Diese Fähigkeit eröffnet neue Wege zur Erforschung von Krankheiten, die Hinterhirn-Neuronen zerstören, darunter spinale Muskelatrophie, eine der häufigsten genetischen Todesursachen bei Kindern unter einem Jahr, sowie amyotrophe Lateralsklerose.medicalxpress+1

Jetzt haben wir ein Modell, um diese verheerenden Krankheiten besser zu verstehen und an regenerativen Therapien zu arbeiten, sagt Jokhai. Dies ist ein sehr spannendes neues Grenzgebiet der Gehirnforschung.medicalxpress