Das Gehirn ist ein Mosaik

24.06.2014
Teilen

Ist die genetische Ausstattung jeder Nervenzelle des Gehirns identisch? Davon gingen Neurowissenschaftler lange aus. Doch in den letzten Jahren häufen sich Ergebnisse, die zeigen: Unser Gehirn ist ein genetisches Mosaik.

Wie die meisten im Biologieunterricht gelernt haben, besitzt jede menschliche Körperzelle 46 Chromosomen. Dieses Set besteht aus 2 x 23 homologen Chromosomenpaaren, daher wird dieser Chromosomensatz auch als „diploid“ (gr. Doppelheit) bezeichnet. Bei jeder Zellteilung greifen verschiedene Mechanismen, die eine Fehlverteilung dieses Sets auf die Tochterzellen verhindern sollen. Gelingt dies nicht, entstehen „aneuploide“ Zellen mit zusätzlichen oder fehlenden Chromosomen. Man nimmt an, dass solche fehlerhafte Zellteilungen bei der Entstehung von Krebs eine Rolle spielen. Interessant ist auch die Frage, welche Rolle aneuploide Zellen im Gehirn spielen.

Chromosomen in Hirnzellen – ein bunter Mix

Neue Studien legen nahe, dass bei gesunden Menschen rund 10% der Nervenzellen des Gehirns einen aneuploiden Chromosomensatz aufweisen. Während der Hirnentwicklung liegt diese Rate mit 33% sogar noch höher. Das überrascht zunächst, dabei zeigten russische Wissenschaftler bereits vor über 50 Jahren, dass spezielle Nervenzellen im Gehirn von Ratten einen abweichenden Chromosomensatz besitzen können. Eine kurze Zeit später wurde der Nachweis aneuploider Zellen im menschlichen Gehirn erbracht. Doch diese Ergebnisse wurden von der wissenschaftlichen Community nicht weiter beachtet, erst neue Untersuchungsmethoden gaben einen detaillierteren Einblick in das Ausmaß der Heterogenität. Über den Grund dieses genetischen Mosaiks in Hirnzellen können die Wissenschaftler jedoch bisher nur spekulieren. Manche sehen darin eine Grundlage für die Plastizität des Gehirns oder sogar - metaphysisch betrachtet - ein Korrelat für Individualität.

Vom Down-Syndrom zu Morbus Alzheimer?

Ein angeborenes genetisches Syndrom mit einer Aneuploidie in allen Körperzellen ist die Trisomie 21 (Down-Syndrom). Bei dieser Krankheit ist das 21. Chromosom in jeder Zelle dreifach vorhanden, sodass der Chromosomensatz aus 47 anstatt der normalen 46 Chromosomen besteht. Die Lebenserwartung von Menschen mit Down-Syndrom ist in den letzten Jahren aufgrund der besseren medizinischen Versorgung auf circa 60 Jahre angestiegen.  Es zeigte sich, dass nahezu alle Erkrankten bis zum 40. Lebensjahr die Symptome einer Demenz vom Alzheimertyp entwickeln.

In der Pathogenese der Alzheimer-Krankheit spielen extrazelluläre Plaque Ablagerungen eine große Rolle. Diese entstehen aus Teilen des sogenannten Amyloid-Precursor-Proteins, das sich normalerweise in der Membran von Nervenzellen befindet und durch spezielle Enzyme (Sekretasen) abgeschnitten werden kann. Haben die abgeschnittenen Fragmente eine bestimmte Länge, bilden sie neurotoxische Plaques. Das Gen für das Amyloid-Precursor-Protein liegt auf Chromosom 21, sodass bei Menschen mit Down-Syndrom aufgrund der dreifachen Kopie des Chromosoms eine erhöhte Menge des Plaque bildenden Proteins vorhanden ist. Ein weiterer Hinweis, der diese Hypothese untermauert ist, dass Patienten, in denen nicht das komplette Chromosom 21 verdreifacht ist, sondern nur der Abschnitt, der das Gen des APP-Proteins enthält, ebenfalls relativ konstant im Alter von 30 – 40 Jahren eine Alzheimer-Demenz entwickeln.

Doch hat das etwas mit der sporadischen Entstehung von Alzheimer bei Patienten ohne Down-Syndrom zu tun? Dass Alzheimer und Down-Syndrom Vieles gemeinsam haben, propagierte Huntington Potter, Wissenschaftler der Universität von Colorado, schon Anfang der Neunziger Jahre. Eine Trisomie 21 wurde auch in Blutzellen, in Schleimhäuten und sogar in Nervenzellen bei Patienten mit der sporadischen Form der Alzheimer-Krankheit gefunden. Weitere Studien zeigten, dass bis 10% der Nervenzellen bei der sporadischen Alzheimer-Krankheit eine Trisomie 21 aufweisen. Daher kann spekuliert werden, dass das Auftreten der Alzheimer-Krankheit etwas mit dem mosaikhaften Auftreten von Trisomie-21-Zellen im Gehirn zu tun hat.

Alzheimer und die Chromosomen

Nervenzellen können sich nach ihrer Entstehung in der Embryonalentwicklung nicht mehr teilen. Einmal geboren, muss die Zelle also ihre innere Homöostase ein Leben lang aufrechterhalten. Anders ist dies beispielweise bei Hautzellen, die sich im Schnitt alle drei Wochen komplett erneuern. Bei demenziellen Erkrankungen gehen die Nervenzellen zunehmend zugrunde.

Nicht alle Hirnbereiche sind dabei im gleichen Ausmaß betroffen, so sind bei der Alzheimerdemenz beispielsweise die sog. Pyramidenzellen der Hirnrinde besonders vulnerabel. Gerade diese Zellen entstehen in der Entwicklung aus der sog. ventrikulären Zone und weisen ein besonders hohes Maß an genetischer Heterogenität auf. Interessant ist auch, dass das Auftreten von Alzheimer sehr spezifisch für Menschen ist und bei anderen Spezies nicht vorkommt. Die Vorläuferzellen von Nervenzellen der Hirnrinde durchlaufen bei Mäusen im Schnitt 11 Zellteilungen, mindestens 28 bei Makaken und bei Menschen vermutlich sehr viel mehr. Bei jeder Zellteilung besteht die Möglichkeit einer asymmetrischen Verteilung der Chromosomen.

Abschließend und alleine lässt sich die Pathogenese der Alzheimer-Krankheit mit der Mosaik-Hypothese nicht erklären. Eine wichtige Rolle spielen auch abnorm phosphorylierte intrazelluläre Tau Proteine. Allerdings lassen sich bei familiären Alzheimer Erkrankten, bei denen die Symptome sogar deutlich früher als gewöhnlich auftreten, Mutationen in Zellzyklus regulierenden Genen wie z.B. PS-1 (Präsenilin) feststellen. Interessanter weise können Mutationen dieses Proteins auch die Wahrscheinlichkeit erhöhen, ein Kind mit Down-Syndrom zu bekommen.

 


Originalpublikationen:

Cell cycle activation and aneuploid neurons in Alzheimer's disease. Arendt T.
Mol Neurobiol. 2012 Aug;46(1):125-35. doi: 10.1007/s12035-012-8262-0. Epub 2012 Apr 13.

Alzheimer Abeta peptide induces chromosome mis-segregation and aneuploidy, including trisomy 21: requirement for tau and APP.Granic A, Padmanabhan J, Norden M, Potter H. Mol Biol Cell. 2010 Feb 15;21(4):511-20. doi: 10.1091/mbc.E09-10-0850. Epub 2009 Dec 23.

 

Bildquelle: copyriot, flickr.com / Lizenz: cc-by

Artikel letztmalig aktualisiert am 05.07.2014.

7 Wertungen (5 ø)
4326 Aufrufe
Die maximale Zeichenanzahl für einen Kommentar beträgt 1000 Zeichen.
Die maximale Zeichenanzahl für ein Pseudonym beträgt 30 Zeichen.
Bitte füllen Sie das Kommentarfeld aus.
Bitte einen gültigen Kommentar eingeben!
Arzt
Hallo Christian, interessante Überlegungen, allerdings besteht die "Plastizität" des Gehirns durch Neubildung von Nervenzellen praktisch bis zum Tod, auch ein Paradigmenwechsel gegenüber der postmytotischen Konzeption. Zudem entstehen "Ähnlichkeiten" auch bei unterschiedlicher Ursache in den rel. begrenzten Reaktionsmustern des Organismus.
#1 am 05.07.2014 von Arzt (Gast)
  0
Hier klicken und Medizin-Blogger werden!
Nutzen Sie auch Facebook? Das im Jahr 2004 gegründete soziale Netzwerk zählt mittlerweile über eine Milliarde User mehr...
Im Rahmen natürlicher Prozesse nehmen Gehirnfunktionen im Alter ab. Das lässt sich auch an anatomischen mehr...
Wie funktioniert eigentlich unser Gedächtnis? Wie können wir neue Informationen lernen und über Jahre hinweg mehr...

Disclaimer

PR-Blogs innerhalb von DocCheck sind gesponsorte Blogs, die von kommerziellen Anbietern zusätzlich zu den regulären Userblogs bei DocCheck eingestellt werden. Sie können werbliche Aussagen enthalten. DocCheck ist nicht verantwortlich für diese Inhalte.

Copyright © 2017 DocCheck Medical Services GmbH
Sprache:
DocCheck folgen: