UCLA-Studien zeigen, wie Stammzellen des Gehirns über die Bildung von Neuronen entscheiden

Zwei Studien der UCLA, die am Donnerstag in den Fachzeitschriften Cell und Science veröffentlicht wurden, haben die metabolischen und physischen Signale aufgedeckt, die radiale Gliazellen – die Stammzellen, die für den Aufbau eines Großteils der menschlichen Großhirnrinde verantwortlich sind – bei der Entscheidung leiten, welche Arten von Gehirnzellen während der vorgeburtlichen Entwicklung produziert werden sollen.newsroom.ucla+1

Stoffwechsel als Entscheidungsträger

Die Studie in Cell, geleitet von den Erstautoren Jessenya Mil und Jose Soto in Zusammenarbeit zwischen den Laboren von Aparna Bhaduri und Heather Christofk, kartierte den Stoffwechsel der sich entwickelnden menschlichen Großhirnrinde unter Verwendung von gespendetem Gewebe und aus Stammzellen gewonnenen Gehirnorganoiden. Die Forscher fanden heraus, dass radiale Gliazellen stark vom Pentosephosphatweg abhängen, einem Prozess, der Glukose in Baumaterialien für sich schnell teilende Zellen umwandelt.sciencedaily+1

Als das Team die Glukoseverfügbarkeit reduzierte oder diesen Stoffwechselweg unterbrach, veränderten die Stammzellen ihre Produktion und erzeugten mehr hemmende Neuronen sowie Zelltypen, die normalerweise erst später in der Entwicklung auftreten.newsroom.ucla+1

"Das Überraschende ist, dass der Stoffwechsel nicht nur ein passiver Vorgang im Hintergrund ist", sagte Bhaduri, Assistenzprofessorin für biologische Chemie an der David Geffen School of Medicine der UCLA, in einer Pressemitteilung der Universität. "Er kann tatsächlich steuern, wie Stammzellen Entscheidungen treffen."newsroom.ucla

Ein physisches Signal aus dem Inneren des Gehirns

Die Studie in Science, geleitet von der Erstautorin Claudia Nguyen, untersuchte Signale aus dem Thalamus, einer Struktur tief im Gehirn, die Informationen durch das Nervensystem weiterleitet. Unter Verwendung von Gehirn-Assembloiden – verschmolzenen Thalamus- und kortikalen Organoiden, die aus menschlichen Stammzellen gezüchtet wurden – stellte das Team fest, dass Fortsätze aus dem Thalamus viel früher als erwartet direkten physischen Kontakt mit radialen Gliazellen aufnehmen.scitechpulse+1

Dieser Kontakt veranlasste die Stammzellen dazu, mehr erregende Neuronen zu produzieren, insbesondere die Neuronen der oberen Schichten, die beim Menschen im Vergleich zu anderen Arten am stärksten ausgeprägt sind. Die Forscher führten diese Interaktion auf NRXN1 zurück, ein Gen, das bereits mit Autismus-Spektrum-Störungen in Verbindung gebracht wurde. Als Assembloide aus patienteneigenen Zellen mit einer NRXN1-Mutation erstellt wurden, störten die veränderten Thalamussignale das Gleichgewicht zwischen den Stammzellen und den von ihnen erzeugten Neuronen.newsroom.ucla+2

Auswirkungen auf Krankheit und Entwicklung

Zusammengenommen legen die Studien nahe, dass das sich entwickelnde Gehirn durch eine kontinuierliche Kommunikation zwischen Stammzellen und ihrer Umgebung geformt wird – sowohl in ernährungsphysiologischer als auch in struktureller Hinsicht. Die metabolischen Erkenntnisse könnten Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie die mütterliche Ernährung und Stoffwechselstörungen die Gehirnbildung beeinflussen, während die Arbeit zum Thalamus-Kontakt einen potenziellen Weg eröffnet, um zu untersuchen, wie frühe Störungen zu neurologischen Entwicklungsstörungen beitragen.newsroom.ucla+1

"Radiale Gliazellen sind die coolsten Zellen, die es je gab", sagte Bhaduri. "Sie sind wirklich der Schlüssel dazu, was uns menschlich macht. Aber sie stehen auch im Zentrum vieler neurologischer Entwicklungs- und neuropsychiatrischer Störungen sowie bei Krebs."scitechpulse+1