Eine neue Art von menschlichen Hirnzellen
Eine der faszinierendsten Fragen über das menschliche Gehirn ist auch für Neurowissenschaftler am schwierigsten zu beantworten: Was unterscheidet unser Gehirn von dem anderer Lebewesen?
“Wir verstehen wirklich nicht, was das menschliche Gehirn besonders macht”, sagt Dr. Ed Lein, Forscher am Allen Institute for Brain Science. “Die Unterschiede auf der Ebene der Zellen und Schaltkreise zu studieren, ist ein guter Anfang, und jetzt haben wir neue Werkzeuge, um genau das zu tun.”
In einer neuen Studie, die in der Zeitschrift Nature Neuroscience veröffentlicht wurde, geben Lein und seine Kollegen eine mögliche Antwort auf diese schwierige Frage.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Lein und Dr. Gábor Tamás, einem Neurowissenschaftler an der Universität Szeged in Szeged, Ungarn, hat eine neue Art von menschlichen Hirnzellen entdeckt, die noch nie bei Mäusen und anderen gut untersuchten Versuchstieren beobachtet wurde. (1)
Tamás und der Doktorand der Universität Szeged, Eszter Boldog, nannten diese neuen Zellen “Hagebuttenneuronen” – für sie sieht das dichte Bündel, das jede Gehirnzelle um das Zentrum der Zelle bildet, wie eine Rose aus, nachdem sie ihre Blütenblätter abgeworfen hat, sagte er.
Die neu entdeckten Zellen gehören zu einer Klasse von Neuronen, den sogenannten inhibitorischen Neuronen, die die Aktivität anderer Neuronen im Gehirn bremsen.
Die Studie hat nicht bewiesen, dass diese spezielle Gehirnzelle einzigartig für den Menschen ist. Aber die Tatsache, dass das spezielle Neuron bei Nagern nicht existiert, ist faszinierend, indem man diese Zellen zu einer sehr kurzen Liste von spezialisierten Neuronen hinzufügt, die nur beim Menschen oder nur im Primatenhirn existieren können.
Die Forscher verstehen noch nicht, was diese Zellen im menschlichen Gehirn tun könnten, aber ihre Abwesenheit in der Maus deutet darauf hin, wie schwierig es ist, menschliche Hirnerkrankungen bei Versuchstieren zu modellieren, sagte Tamás.
Einer der nächsten Schritte seines Laborteams ist die Suche nach “Hagebuttenneuronen” in postmortalen Hirnproben von Menschen mit neuropsychiatrischen Störungen, um zu sehen, ob diese spezialisierten Zellen bei menschlichen Erkrankungen verändert werden könnten.
Wenn verschiedene Techniken zusammenkommen
In ihrer Studie verwendeten die Forscher Gewebeproben von zwei Männern im Alter von 50 Jahren, die gestorben waren, und ihre Körper für die Forschung spendeten.
Sie nahmen Teile der obersten Schicht des Kortex, der äußersten Region des Gehirns, die für das menschliche Bewusstsein und viele andere Funktionen verantwortlich ist, die wir als einzigartig für unsere Spezies betrachten. Es ist viel größer, verglichen mit unserer Körpergröße, als bei anderen Tieren.
“Es ist der komplexeste Teil des Gehirns und allgemein akzeptiert, die komplexeste Struktur in der Natur zu sein”, sagte Lein.
Tamás’ Forschungslabor in Ungarn untersucht das menschliche Gehirn mit einem klassischen Ansatz der Neurowissenschaften und führt detaillierte Untersuchungen der Zellformen und elektrischen Eigenschaften durch.
Am Allen-Institut leitet Lein ein Team, das daran arbeitet, die Reihe von Genen aufzudecken, die menschliche Gehirnzellen voneinander und von den Gehirnzellen von Mäusen einzigartig machen.
Vor einigen Jahren besuchte Tamás das Allen-Institut, um seine neuesten Forschungen über spezialisierte menschliche Gehirnzelltypen vorzustellen, und die beiden Forschungsgruppen sahen schnell, dass sie mit sehr unterschiedlichen Techniken auf dieselbe Zelle trafen.
“Wir stellten fest, dass wir auf dem gleichen Zelltyp aus völlig unterschiedlichen Blickwinkeln zusammenkamen”, sagte Tamás. Also beschlossen sie, zusammenzuarbeiten.
Die Gruppe des Allen-Instituts fand in Zusammenarbeit mit Forschern des J. Craig Venter-Instituts heraus, dass die “Hagebuttenneuronen” einen einzigartigen Satz von Genen aktivieren, eine genetische Signatur, die in keinem der von ihnen untersuchten Maus-Hirnzelltypen zu finden ist.
Die Forscher der Universität Szeged fanden heraus, dass die “Hagebuttenneuronen” Synapsen mit einer anderen Art von Neuronen in einem anderen Teil des menschlichen Kortex bilden, den sogenannten Pyramidenneuronen.
Dieses ist eine der ersten Studien des menschlichen Kortex, die diese verschiedenen Techniken zur Untersuchung von Zelltypen kombiniert, sagte Rebecca Hodge, Ph.D., Senior Scientist am Allen Institute for Brain Science und Autorin der Studie.
“Alleine sind diese Techniken mächtig, aber sie geben Ihnen ein unvollständiges Bild davon, was die Zelle tun könnte”, sagte Hodge. “Zusammen erzählen sie dir komplementäre Dinge über eine Zelle, die dir sagen kann, wie sie im Gehirn funktioniert.”
Wie studiert man die Menschheit?
Das Einzigartige an “Hagebuttenneuronen” ist, dass sie sich nur an einen bestimmten Teil ihres Zellpartners anlagern, was darauf hindeutet, dass sie den Informationsfluss auf sehr spezielle Weise steuern.
Wenn Du an alle hemmenden Neuronen wie Bremsen an einem Auto denkst, würden die Hagebuttenneuronen Dein Auto an ganz bestimmten Stellen auf Deiner Fahrt anhalten lassen, sagte Tamás.
“Dieser bestimmte Zelltyp – oder Autotyp – kann an Orten anhalten, an denen andere Zelltypen nicht anhalten können”, sagte Tamás. “Die Auto- oder Zelltypen, die am Verkehr eines Nagetiergehirns teilnehmen, können hier nicht anhalten.”
Der nächste Schritt der Forscher ist die Suche nach “Hagebuttenneuronen” in anderen Teilen des Gehirns und die Erforschung ihrer potenziellen Rolle bei Hirnerkrankungen. Obgleich Wissenschaftler nicht noch wissen, ob “Hagebuttenneuronen” wirklich einzigartig beim Menschen sind, ist die Tatsache, dass sie bei Nagetieren nicht zu existieren scheinen, ein weiterer Schlag gegen die Labormaus als perfektes Modell der menschlichen Krankheit – besonders für neurologische Krankheiten, sagten die Forscher.
“Unsere Gehirne sind nicht nur vergrößerte Maushirne”, sagt Dr. Trygve Bakken, Senior Scientist am Allen Institute for Brain Science und Autor der Studie. “Die Leute kommentieren das schon seit vielen Jahren, aber diese Studie kommt aus verschiedenen Blickwinkeln.”
“Viele unserer Organe können in einem Tiermodell nachgebildet werden”, sagte Tamás. “Aber was uns vom Rest der Tierwelt unterscheidet, ist die Kapazität und die Leistung unseres Gehirns. Das macht uns menschlich. Es stellte sich heraus, dass es sehr schwierig ist, die Menschheit in einem Tiersystem zu modellieren.”
