Eine Illustration von Gehirnnetzwerken, die die Substantia nigra in Rot zeigt. (Kateryna Kon/Science Photo Library/Getty Images) Wissenschaftler haben die spezifischen Gehirnzellen identifiziert, die bei der Parkinson-Krankheit absterben, und herausgefunden, was sie so anfällig macht.
Unter der Leitung der Neurobiologen Tushar Kamath und Abdulraouf Abdulraouf vom Broad Institute untersuchte das Team Gehirnzellen von Personen, die an einer der beiden Krankheiten gestorben waren Parkinson Krankheit oder Demenz im Vergleich zu Menschen, die von keiner der beiden Störungen betroffen sind.
Was sie fanden, war eine Gruppe von Zellen, die „sehr anfällig“ für Degeneration waren, was der Fall sein könnte Hauptkandidaten für eine therapeutische Intervention. Die Studie bringt auch Licht ins Dunkel wie sich das genetische Risiko manifestiert, die Parkinson-Krankheit auszulösen.
Parkinson-Krankheit ist eine fortschreitende neurodegenerative Erkrankung, die durch unkontrollierbare Bewegungen wie Zittern, Sprachschwierigkeiten und Gleichgewichtsstörungen gekennzeichnet ist, die sich mit der Zeit verschlimmern. Sie wird durch eine Schädigung von Nervenzellen verursacht, die Dopamin produzieren, einen chemischen Botenstoff, der die Stimmung und Körperbewegungen reguliert.
Verlust von dopaminerge Neuronen im Teil des Mittelhirns, der Substantia nigra genannt wird, sind ein pathologisches Kennzeichen der Parkinson-Krankheit. Obwohl nicht alle dopaminergen Gehirnzellen sterben, haben wir noch keine klare Vorstellung von den molekularen Merkmalen, die einige Neuronen anfälliger für Krankheiten machen als andere.
Das Wissenschaftlerteam hinter dieser neuesten Studie hatte sich zum Ziel gesetzt, Tausende einzelner Neuronen aus den Gehirnen von Menschen zu isolieren und zu kartieren, die an der Parkinson-Krankheit oder Demenz mit Lewy-Körperchen gestorben waren weniger bekannte Form der Demenz die allein oder zusammen mit anderen Hirnerkrankungen auftreten können.
Kamath und Kollegen untersuchten etwa 22.000 Gehirnzellen, die aus menschlichen Gehirngewebeproben von zehn Personen isoliert wurden, die entweder an der Parkinson-Krankheit oder einer Lewy-Körperchen-Demenz starben, sowie von acht Personen, die von keiner der beiden Erkrankungen betroffen waren.
Durch Messung der Genaktivität in einzelnen Zellen identifizierte das Team zehn verschiedene Subtypen dopaminproduzierender Neuronen in der Substantia nigra, die sich jeweils durch ihr Genaktivitätsprofil unterscheiden lassen.
Es fiel jedoch auf, dass eine Gruppe dopaminerger Neuronen im Gehirn von Menschen mit Parkinson-Krankheit weitgehend fehlte.
Bei näherer Betrachtung stellten sie fest, dass molekulare Prozesse, die mit dem Zelltod bei anderen neurodegenerativen Erkrankungen verbunden sind, in dieser speziellen Gruppe dopaminerger Neuronen verstärkt waren, und sie lokalisierten genau, wo sich die Zellen normalerweise befinden: an der Unterseite der Substantia nigra pars compacta.
Darüber hinaus wies diese Untergruppe von Neuronen die höchste Expression von Genen auf, die das Risiko für die Entwicklung der Parkinson-Krankheit bergen, was ihre besondere Anfälligkeit erklären könnte.
Mit anderen Worten könnten bekannte genetische Risikofaktoren für die Parkinson-Krankheit auf „die am stärksten gefährdeten Neuronen einwirken, die ihr Überleben beeinflussen“, so Kamath und Kollegen schreiben in ihrer Arbeit.
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass es sich bei der Parkinson-Krankheit und der Lewy-Körperchen-Demenz um zwei verschiedene Erkrankungen handelt, die einige ähnliche Merkmale aufweisen: dopaminerge Neuronen im Mittelhirn gehen verloren, es bilden sich abnormale Proteinklumpen, sogenannte Lewy-Körperchen, in den Zellen, und bei Menschen kommt es häufig zu derselben Trias motorische Bewegungseinschränkungen.
Angesichts dieser Ähnlichkeiten liefert die neue Studie „wertvolle Informationen über häufige Veränderungen bei diesen beiden Krankheiten“. schreibt Ernest Arenas, ein molekularer Neurobiologe am Karolinska-Institut, in einem Kommentar zur Forschung.
Einige krankheitsspezifische Veränderungen könnten jedoch aufgrund der geringen Anzahl der untersuchten Personen unterrepräsentiert und unentdeckt sein, warnt er.
Da wir nun jedoch mehr über die Zellen wissen, die am anfälligsten für die Parkinson-Krankheit sind und was sie antreibt, könnten Forscher sie im Labor manipulieren, indem sie Hautzellen umprogrammieren – zunächst in biegsame Zellen Stammzellen und dann in die von Kamath und Kollegen identifizierten Arten von Gehirnzellen.
Dieser mühsame Prozess könnte es Wissenschaftlern ermöglichen, die genetischen Treiber der Krankheit zu erforschen, potenzielle Medikamentenkandidaten zu prüfen oder sogar die Möglichkeit einer regenerativen Medizin für die Parkinson-Krankheit zu erkunden.
Die Integration von Informationen aus Einzelzellsequenzierungsstudien wie dieser mit vorhandenen Bildgebungsdaten, Gewebepathologiestudien und Genomanalysen würde auch dazu beitragen, unser Verständnis der bestimmenden Merkmale der Parkinson-Krankheit zu verfeinern, Arenas fügt hinzu .
„Dies ist eine entscheidende Aufgabe, da unsere Fähigkeit, Marker und umsetzbare Ziele für [die Parkinson-Krankheit] zu identifizieren, unsere Fähigkeit bestimmen wird, neuartige Therapeutika für diese verheerende Erkrankung zu entwickeln“, sagte er schreibt .
Die Studie wurde veröffentlicht in Naturneurowissenschaften.