Wir überwinden Grenzen

Neue Farbmarkierung zeigt Herkunft und Bewegung einzelner Zellen / Studie der Freiburger Forscher im Fachmagazin Nature Neuroscience

Mikroglia, die sogenannten Fresszellen oder Makrophagen des Gehirns, schützen Nervenzellen vor Krankheitserregern, sind aber auch an Erkrankungen wie Alzheimer beteiligt. Im Gehirn bilden sie ein gleichmäßiges Netz um die Nervenzellen. Forscherinnen und Forscher des Universitätsklinikums Freiburg wiesen nun erstmals bei Mäusen nach, wie das Mikroglia-Netzwerk im Zuge einer Hirnerkrankung umgebaut wird, um die Krankheit zu stoppen. Außerdem beobachteten sie, dass überschüssige Zellen nach Ende der Krankheit in benachbarte Hirnregionen auswandern. Die Erkenntnisse könnten Grundlage für neue Therapien bei neurodegenerativen und neurologischen Erkrankungen werden. Für die Studie, die am 17. April 2017 im Fachmagazin Nature Neuroscience erschien, markierten die Wissenschaftler Mikroglia-Zellen durch einen genetischen Trick mit unterschiedlichen Farben. Durch diese bunte „Mikroglia-Konfetti“ im Gehirn konnten sie Herkunft, Bewegung und Abbau der Zellen präzise nachvollziehen.

Bei ihren Untersuchungen stellten die Forscher zunächst genetisch veränderte Mäuse her, bei welchen das Mikroglia-Netzwerk im gesunden Gehirn aus Zellen unterschiedlicher Färbung besteht. Mit Beginn einer neurodegenerativen  Hirnerkrankung bildeten sich bereits nach wenigen Tagen gleichfarbige Mikroglia-Wolken und das Netz wurde insgesamt dichter. „Im Krankheitsfall schaltet das Gehirn sehr schnell um: von einer langsamen Vermehrung vieler Mikroglia-Zellen hin zur massiven Vermehrung weniger Zellen“, sagt Prof. Dr. Marco Prinz, Ärztlicher Direktor des Instituts für Neuropathologie des Universitätsklinikums Freiburg. Durch dieses Umschalten werden die Zellen zur Teilung angeregt, um veränderte Nervenzellen besonders gut versorgen oder abräumen zu  können.

Mikroglia-Zellen wird eine entscheidende Rolle bei Krankheiten wie Alzheimer, Multipler Sklerose und einigen psychiatrischen Erkrankungen wie Autismus und Schizophrenie zugeschrieben. Unvollständig oder übermäßig stark aktivierte Mikroglia können bei Hirnerkrankungen auch eine krankheitsverschlechternde Wirkung zeigen. „Unsere Daten haben auch ein großes zelltherapeutisches Potential. Denn wir können jetzt deutlich besser untersuchen, welche Unterschiede es in der Steuerung der Mikroglia im gesunden und im kranken Gehirn gibt“, sagt Prof. Prinz.

Die Forscher entdeckten außerdem, dass die Mikroglia nach Abklingen der Erkrankung wieder in den Normalzustand zurückkehrt. „Anders als bislang vermutet sterben überzählige Zellen nicht immer ab, sondern wandern auch in benachbarte Hirnregionen aus“, sagt die Erstautorin der Studie Dr. Tuan Leng Tay, Biologin am Institut für Neuropathologie des Universitätsklinikums Freiburg. Welche Bedeutung dies bei der Entstehung von Erkrankungen des Gehirns hat, wird nun weiter untersucht. Für ihre Studie markierten die Forscher Mikrogliazellen mit Genen für die Farben Rot, Grün, Gelb und Cyan. Zellen, die dann durch Zellteilung entstanden, trugen die gleiche Farbe. Mit Hilfe eines mathematischen Verfahrens konnten die Wissenschaftler Veränderungen in Zahl und Herkunft der Zellen nachvollziehen.

An der Studie waren neben Wissenschaftlern des Universitätsklinikums Freiburg auch Forscher aus Berlin, Heidelberg, Regensburg, Israel und dem Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik in Freiburg beteiligt. Die Arbeit ist Teil des kürzlich angelaufenen Sonderforschungsbereichs  „NeuroMac“ (SFB/TRR 167) unter Leitung von Prof. Prinz. Ziel dieser Forschungsinitiative ist es, Behandlungsoptionen für Erkrankungen wie Alzheimer, Multiple Sklerose und Schlaganfall zu entwickeln, die auf dem Einsatz der Mikroglia-Zellen im Gehirn basieren.

Bildunterschrift: Die Fresszellen des Gehirns, Mikroglia genannt, wurden durch einen genetischen Trick farbig (gelb, rot, blau, grün) markiert. Dadurch ließ sich erstmals die Bewegung der Zellen im gesunden und kranken Gehirn beobachten.
Bildquelle: Universitätsklinikum Freiburg

Original-Titel der Studie: A new fate mapping system reveals context-dependent random or clonal expansion of microglia

DOI: 10.1038/nn.4547

Link zur Studie:https://www.nature.com/neuro/journal/vaop/ncurrent/full/nn.4547.html

Kontakt:
Prof. Dr. Marco Prinz
Ärztlicher Direktor
Institut für Neuropathologie
Universitätsklinikum Freiburg
Telefon: 0761 270-51060
marco.prinz@uniklinik-freiburg.de

Dr. Tuan Leng Tay
Biologin
Institut für Neuropathologie
Universitätsklinikum Freiburg
Telefon: 0761 270-51060
tuan.leng.tay@uniklinik-freiburg.de