Eine eingehende Analyse von mehr als 2.300 Nervenzellen deutet darauf hin, dass das menschliche Gehirn während seiner Entwicklung um die Geburt herum auf rätselhafte Weise „aufräumt“: Es sortiert enorme Mengen an Nervenzellen aus, die Mutationen aufweisen. In der in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Analyse stellen die Forschenden fest, dass bei mehr als einem Viertel der Nervenzellen aus menschlichen fötalen Gehirnproben mehrere Chromosomenabschnitte fehlen oder in zu vielen Kopien vorliegen. Dagegen zeigten nur etwa 6 % der nach der Geburt untersuchten Nervenzellen aus Säuglingsgehirnen solche Auffälligkeiten. „Das deutet darauf hin, dass jene Nervenzellen überleben, deren Genom im Laufe der Entwicklung am wenigsten Schaden genommen hat“, sagt Christos Proukakis, Neurologe am University College London, der nicht an der Studie beteiligt war.
Die Ergebnisse offenbaren einen neuen Mechanismus, der die Zahl unserer Nervenzellen reguliert und darüber entscheidet, welche fötalen Nervenzellen im Gehirn erhalten bleiben, sagt Diane Shao, pädiatrische Neurogenetikerin am Boston Children’s Hospital und Erstautorin der Studie. Diesen Prozess besser zu verstehen, könnte entscheidend dazu beitragen, häufig im Kindesalter auftretende neurologische Störungen wie die Autismus-Spektrum-Störung und Epilepsie zu verstehen.
Untersuchungen an Mäusen deuten darauf hin, dass Säugetiere während der frühen Entwicklung zahlreiche Gehirnzellen beseitigen, indem sie ein molekulares Programm aktivieren, das zum Zelltod führt. Shao und ihre Kollegen untersuchten die Entwicklung des menschlichen Gehirns anhand von Gehirnproben Verstorbener. Die Altersspanne reichte von Föten mit einem Gestationsalter von 14 Wochen bis zu Menschen über 90 Jahren. Das Forschungsteam konzentrierte sich auf Nervenzellen der Großhirnrinde, die unter anderem für Gedächtnis, Lernen und Bewusstsein verantwortlich sind.
Die Forschenden analysierten die Genome einzelner Nervenzellen, um Zellen mit einer abweichenden Anzahl von Kopien bestimmter Chromosomenabschnitte zu identifizieren. Dieses Phänomen wird als Kopienzahlvariation bezeichnet. Die Analyse ergab, dass während der fötalen Entwicklung erstaunlich viele Zellen mit umfangreichen Kopienzahlvariationen vorhanden sind. Es waren so viele, dass Shao und ihre Kollegen Jahre damit verbrachten, zu überprüfen, ob die Ergebnisse tatsächlich stimmten. Doch auch als sie das Experiment mit einer anderen Methode zur Einzelzellsequenzierung wiederholten, erhielten sie ähnliche Daten.
Nach der Geburt sank der Anteil dieser auffälligen Nervenzellen jedoch auf ein Viertel des vorherigen Werts. Das deutet darauf hin, dass sie im Laufe der Entwicklung auf irgendeine Weise aussortiert wurden. Woher weiß das Gehirn, welche Nervenzellen normal sind und welche nicht? Einen möglichen Hinweis liefert laut Shao die Beobachtung, dass Gehirnzellen mit besonders ausgeprägten Kopienzahlvariationen häufig auch eine abweichende Aktivität jener Gene aufwiesen, die an der Bildung von Verbindungen zu anderen Nervenzellen, den sogenannten Synapsen, beteiligt sind. „Möglicherweise versucht das Gehirn, Nervenzellen loszuwerden, die sich nicht richtig vernetzen“, sagt Oscar Marín, Neurowissenschaftler am King’s College London.
Ein solches System könnte eine wichtige Rolle dabei spielen, die Anzahl und Qualität der Nervenzellen im Gehirn zu regulieren. Fehler in diesem Kontrollmechanismus könnten zur Entstehung von Erkrankungen beitragen. So könnten weniger Zellen übrig bleiben, als für eine ordnungsgemäße Gehirnfunktion benötigt werden. Ebenso könnten zu viele funktionsgestörte Zellen erhalten bleiben, weil sie nicht aussortiert werden, erklären die Fachleute.
Shao hofft, die möglichen Zusammenhänge zwischen diesem System und neurologischen Entwicklungsstörungen weiter erforschen zu können. Proukakis wünscht sich, dass die Untersuchungen auf weitere Arten von Nervenzellen ausgeweitet werden, etwa auf dopaminproduzierende Zellen, die bei der Entstehung der Parkinson-Krankheit eine wichtige Rolle spielen.
