Detaillierte Karte des alternden Gehirns enthüllt anfällige Zelltypen

MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Eine neue Studie hat die bisher detaillierteste Karte erstellt, die zeigt, wie sich einzelne Zelltypen im Gehirn mit dem Alter verändern. Diese Erkenntnisse könnten entscheidend sein, um das Verständnis von altersbedingten Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson zu vertiefen.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Nature haben Wissenschaftler die bisher umfassendste Karte erstellt, die zeigt, wie sich einzelne Zelltypen im Gehirn mit dem Alter verändern. Durch die Analyse von über 1,2 Millionen Gehirnzellen von jungen und alten Mäusen konnten sie feststellen, dass viele spezifische Zellen signifikante Veränderungen in der Genexpression durchlaufen, wenn die Tiere älter werden. Diese Veränderungen konzentrieren sich vor allem auf den Hypothalamus, eine Region des Gehirns, die für die Regulierung von Hunger, Hormonen und Energiehaushalt verantwortlich ist.

Frühere Forschungen haben allgemeine Anzeichen des Alterns identifiziert, wie erhöhte Entzündungen oder eine verringerte Reparaturfähigkeit. Es war jedoch schwierig, genau zu bestimmen, welche spezifischen Zelltypen am stärksten betroffen sind und wo im Gehirn diese Veränderungen stattfinden. Das Gehirn ist ein unglaublich vielfältiges und strukturiertes Organ mit Tausenden von Zelltypen, die unterschiedliche Funktionen in verschiedenen Regionen ausführen. Das Verständnis, wie sich diese Zellen im Laufe der Zeit verändern, könnte Hinweise auf das normale Altern sowie auf Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson liefern.

Um das Altern im Gehirn zu untersuchen, verwendete das Forschungsteam eine fortschrittliche Technik namens Einzelzell-Transkriptomik, um die Genaktivität einzelner Zellen zu profilieren. Sie untersuchten Gehirne von jungen erwachsenen Mäusen (etwa zwei Monate alt) und älteren Mäusen (18 Monate alt), was in etwa dem mittleren Alter beim Menschen entspricht. Insgesamt profilierten sie 16 Hauptregionen im Gehirn, die etwa 35 % seines Gesamtvolumens abdecken. Dies führte zu einem Datensatz von über einer Million hochwertiger Gehirnzelltranskriptome – dem umfangreichsten Einzelzell-Datensatz zum Gehirnaltern, der jemals bei Mäusen erstellt wurde.

Durch den Vergleich der Genaktivität in jungen und alten Gehirnen identifizierten die Forscher 2.449 Gene, die sich mit dem Alter verändern. Viele dieser Veränderungen waren spezifisch für einzelne Zelltypen. Beispielsweise wurde festgestellt, dass das Gen Ccnd2, das an der Zellzyklusregulation beteiligt ist, in mehreren Arten von Neuronen und Gliazellen abnimmt. Andere Gene, wie Oasl2 und Ifit1, die mit Immunantworten in Verbindung stehen, zeigten eine erhöhte Aktivität, insbesondere in Zellen wie Mikroglia, den residenten Immunzellen des Gehirns.

Eine der wichtigsten Erkenntnisse war, dass das Altern nicht alle Gehirnzellen gleichermaßen betrifft. Bestimmte Arten von Gliazellen – Unterstützungszellen, die keine Neuronen sind – waren besonders empfindlich. Dazu gehörten Mikroglia, grenzassoziierte Makrophagen, Oligodendrozyten (die helfen, Nervenfasern zu isolieren), Ependymzellen (die helfen, die Zirkulation der Gehirn-Rückenmarksflüssigkeit zu unterstützen) und Tanyzyten (die die Wände des dritten Ventrikels des Gehirns auskleiden und mit zirkulierenden Hormonen und Nährstoffen interagieren). Viele dieser Zellen zeigten Anzeichen von erhöhter Entzündung, verändertem Nährstoffstoffwechsel und Veränderungen in ihrer Fähigkeit, Neuronen zu unterstützen.

Besonders auffällig war die Entdeckung eines spezifischen „Hotspots“ für altersbedingte Veränderungen im Hypothalamus. Diese Region befindet sich in der Nähe der Basis des Gehirns und spielt eine zentrale Rolle bei der Energiehomöostase, der Hormonregulation und dem Fressverhalten. Die Forscher waren besonders von der Rolle der Tanyzyten fasziniert. Diese Zellen helfen nicht nur, die Blut-Hirn-Schranke in Schlüsselregionen zu regulieren, sondern könnten auch die Fähigkeit behalten, neue Neuronen zu erzeugen. Mit zunehmendem Alter zeigten Tanyzyten eine verringerte Expression von Genen, die an der Neurogenese beteiligt sind, und eine erhöhte Expression von immunbezogenen Genen, was auf einen möglichen Rückgang der Fähigkeit des Gehirns hindeutet, sich im Laufe der Zeit selbst zu regenerieren.

Zusätzlich zu diesen allgemeinen Trends identifizierten die Wissenschaftler auch spezifische Zellcluster, die in älteren Gehirnen entweder häufiger oder seltener vorkamen. Beispielsweise fanden sie bestimmte Cluster von Mikroglia, die in älteren Gehirnen angereichert waren und ein pro-inflammatorisches Genaktivitätsprofil zeigten, was die Idee einer erhöhten Entzündung im alternden Gehirn weiter unterstützt.

Die Forscher planen, diese Arbeit auf menschliche Gehirne auszuweiten. Während Mäuse viele Gehirnmerkmale mit Menschen teilen, entwickeln sie altersbedingte Gehirnerkrankungen nicht auf die gleiche Weise. Dennoch bietet die Mausdaten einen wertvollen Referenzpunkt, um anfällige Zelltypen und potenzielle therapeutische Ziele zu identifizieren.

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