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Einzelzellanalyse macht es möglich: Neu entdeckte Zelltypen im Gehirn

22.06.2015

Das Gehirn ist Bestandteil des zentralen Nervensystems aller Wirbeltiere, auch des Menschen. Es handelt sich um ein hoch komplexes Organ, da es nicht nur unsere Reaktionen mit der Umwelt kontrolliert, sondern auch Sitz der Persönlichkeit und des Erinnerungsvermögens ist. Die Geheimnisse der Funktionsweise dieses komplexen Organs zu entschlüsseln, ist eine Aufgabe, der sich viele verschiedene Forschergruppen widmen. Dabei hat die neurobiologische Forschung bereits eine lange Tradition. Bereits Anfang des 19. Jahrhunderts fertigte der spanische Mediziner und Nobelpreisträger Ramón y Cajal (1851 – 1934) eine anatomische Karte der Struktur der Großhirnrinde (Cortex) an und legte somit den Grundstein für die moderne Neuroforschung, die versucht, auf zellulärer Ebene die Funktion des Gehirns zu verstehen.

Ein schwedisches Forscherteam unter der Leitung von Jens Hjering am Karolinska‐Institut widmet sich einer ähnlichen Forschungsrichtung mit sehr viel moderneren Methoden. Fertigte Ramón y Cajal anatomische Zeichnungen an, um eine Netzwerkstruktur der Nervenzellen wiederzugeben, die Rückschlüsse auf die Funktion der gezeichneten Zellen zuließ, werden von modernen Forscherteams Methoden angewendet, die einzelne Zellen gezielt untersuchen. Mithilfe dieser Methode (RNA-Sequenzierung) möchten die Forscher die Organisation bestimmter Gehirnstrukturen aufklären und kartieren. Dieser Ansatz erlaubt es den Forschern, herauszufinden, wie bestimmte Gehirnzellen auf eine Schädigung reagieren. In Zellen wird immer nur ein Teil der möglichen Proteine hergestellt, je nachdem in welchem Zustand sich eine Zelle befindet und was diese gerade benötigt. Die Herstellung der Proteine wird unter anderem über das selektive Ablesen der Erbinformation (DNA) bewerkstelligt. Beim Ablesen der Erbinformation wird als Zwischenprodukt RNA hergestellt. Diese wird dann genutzt, um letztendlich die Proteine herzustellen. Änderungen in der Menge einzelner RNA lassen somit Rückschlüsse zu, welche Proteine eine Zelle gerade braucht und herstellt. Aufgrund des Aktivierungsmusters unterschiedlicher Gene lassen sich demnach die Zellen in verschiedene Gruppen einteilen.

Insgesamt wurden mehr als 3.000 Zellen aus dem Cortex und dem Hippocampus von Mäusen untersucht. Der Cortex ist im Gehirn die Struktur, die unter anderem für höhere geistige Fähigkeiten, wie beispielsweise das Lösen komplexer Aufgaben, verantwortlich zu sein scheint, wohingegen die Funktion des Hippocampus im Speichern von Erinnerungen besteht. Die Forscher verglichen die aus den Zellen isolierte RNA mit 20.000 bekannten Gen‐Expressionsmustern verschiedener Zelltypen. Dadurch konnten sie insgesamt 47 bekannte Zelltypen identifizieren. Unter diesen befanden sich, wie zu erwarten, Nervenzellen (Neurone), „Stützzellen“ (Gliazellen) und Zellen der Kapillarwände von Blutgefäßen.

Interessanterweise entdeckten die Wissenschaftler auch bisher unbekannte Zelltypen, darunter eine bisher noch nicht bekannte Art von Nervenzelle und unterschiedliche unbekannte Formen von Oligodendrozyten, also Zellen, die für die Ummantelung von Nervenzellen mit Myelin verantwortlich sind. Oligodendrozyten gehören zur Gruppe der Gliazellen im Gehirn. Das von ihnen gebildete Myelin gewährleistet eine schnelle Weiterleitung von Signalen entlang von Nervenzellfortsätzen. Zu erforschen, welche Funktion diese Zellen haben und ob diese eine Rolle bei bestimmten Erkrankungen wie MS oder Alzheimer spielen, ist das nächste Ziel der Wissenschaftler.

Quellen:

 

 

 

 

 

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