Mit Leuchtmarkern Hirnerkrankungen besser verstehen

Parkinson, Alzheimer, Multiple Sklerose: Immunzellen des Gehirns sind vermutlich an allen neurologischen Erkrankungen beteiligt. Doch die Rolle unterschiedlicher Zelltypen war bislang kaum zu beurteilen. Nun hat ein internationales Forscherteam neue Einblicke in das hirneigene Immunsystem erlangt.

Es gelang den ForscherInnen mit der neuartigen, hochauflösenden Technik der Einzelzell-Analyse, einzelne Typen der Mikroglia zu unterscheiden und getrennt von Immun-Fresszellen zu untersuchen, die erst im Laufe des Lebens ins Gehirn einwandern. Dafür identifizierte das interdisziplinäre Team zunächst genetische Merkmale, die nur in den Zielzellen vorkommen, und schaltete die Zellen dann mit Hilfe von genetischen Werkzeugen ab – oder brachte sie zum Leuchten. So lässt sich nun der konkrete Beitrag unterschiedlicher Immunzellen im Gehirn untersuchen.

„Bisher mussten wir immer verschiedene Typen von Immunzellen im Gehirn gleichzeitig betrachten. Mit unserem neuen Vorgehen können wir jetzt erstmals präzise die Rolle unterschiedlicher Immunzellen im Gehirn bei neuronalen Krankheiten untersuchen“, sagt Projektleiter Prof. Marco Prinz, Ärztlicher Direktor des Instituts für Neuropathologie am Universitätsklinikum Freiburg und Mitglied im Freiburger Exzellenzcluster CIBSS – Centre für Integrative Biological Signalling Studies der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg.

Mit leuchtenden Proteinen das hirneigene Immunsystem erforschen

Die ForscherInnen konnten unter Zuhilfenahme des CRISPR/Cas9-Systems je nach Zelltyp DNA-Bausteine im Erbgut von Mäusen so verändern, dass Mikrogliazellen farblich markiert oder abgeschaltet wurden. Durch das Einfärben der Immunzellen können WissenschaftlerInnen künftig auch neue Einsichten in die Kommunikation mit den Nervenzellen erlangen.

Ein großes Problem lag für die NeurowissenschaftlerInnen bislang darin, dass es neben Mikrogliazellen in der Tiefe des Gehirns auch Makrophagen an der Hirnoberfläche und um die Blutgefäße gibt, für die unterschiedliche Funktionen vermutet wurden, die bislang aber nicht gezeigt werden konnten. Jetzt können WissenschaftlerInnen weltweit die in Freiburg entwickelten Methoden verwenden, um Mikroglia in Mäusen gezielt zu beeinflussen und so auch die Rolle der Makrophagen genauer zu untersuchen. „Die Vielfalt der Makrophagen und deren gezielte Veränderung eröffnen zukünftig neue und spezifischere Therapieansätze“, ist Prinz überzeugt.

Mikrogliazellen seien aber nicht nur für degenerative und entzündliche Erkrankungen der Gehirns, sondern auch für die Hirnentwicklung entscheidend, wie Lukas Amann, Biologe und einer der Erstautoren vom Institut für Neuropathologie des Universitätsklinikums Freiburg, betont. „Da sie überzählige Nervenzellverbindungen im kindlichen Gehirn kappen, werden Mikroglia auch als potenzielle Zielzellen für Therapeutika bei entwicklungsbedingten neuropsychiatrischen Erkrankungen gesehen“, sagt Amann. Da diese nun mit Hilfe der neuartigen Methoden der Freiburger ForscherInnen zunächst im Tiermodell genauer untersucht werden können, dürfte sich bald ein wesentlich präziseres zelluläres Bild des erkrankten Gehirns ergeben.

Originalpublikation:
Masuda T et al. Novel Hexb-based tools for studying microglia in the CNS. Nature Immunology 2020;21:802–815.