Wie sich Gliazellen im Gehirn bilden

Gliazellen wurden lange Zeit vor allem als Stützzellen betrachtet. Nach aktuellem Stand der Forschung sind sie aber auch an der Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen beteiligt. Ein Forscherteam der Universitätsmedizin Mainz hat nun neue Erkenntnisse zum Prozess der Astrozytenbildung und damit zum Entstehen neurodegenerativer Erkrankungen gewonnen.

Gliazellen sind im Wesentlichen in drei Arten zu unterscheiden – Astrozyten, Oligodendrozyten sowie Mikroglia. Die häufigste Form sind die Astrozyten, die etwa 80 Prozent der gesamten Gliazellen ausmachen. Sie entstehen aus sogenannter Radialglia (hier auch als neurale Vorläuferzellen bezeichnet). Wie Prof. Benedikt Berninger vom Institut für Physiologische Chemie der Universitätsmedizin Mainz und seine Kollegen nun mittels der sogenannten RNA-Sequenzierung herausgefunden haben, läuft der Differenzierungsprozess in drei Stadien ab: Im ersten Stadium bilden sich astrogliale Vorläuferzellen, die sich durch Zellteilung vermehren. Im zweiten Stadium werden aus diesen astroglialen Vorläuferzellen junge, unreife Astrozyten, die sich nicht mehr weiter teilen. Im dritten und letzten Stadium reifen die Astrozyten vollständig heran und werden voll funktionstüchtig .

„Unsere Studie zeigt, dass der Prozess der Astrozytenbildung dynamisch verläuft und dass zu den unterschiedlichen Phasen der Bildung der Astrogliazellen jeweils andere Gene aktiv sind. Diese Gene werden durch jeweils Stadium-spezifische Transkriptionsfaktoren reguliert“, erklärte Berninger. Konkret konnten er und sein Team zeigen, dass, um die Differenzierung von „frühen“ Astrozyten aus astroglialen Vorläuferzellen einzuleiten, die Transkriptionsfaktoren NFIA und ATF3 wichtig sind. Für den Übergang von „frühen“ Astrozyten zu voll ausdifferenzierten Astrozyten ist der Transkriptionsfaktor Runx2 entscheidend.

Wie vorangegangene Studien gezeigt haben, kann eine Fehlsteuerung der Genexpression in Astrozyten diese dazu bringen, für Nervenzellen toxisch zu werden. In der Konsequenz sterben also Nervenzellen ab, wie es für neurodegenerative Erkrankungen symptomatisch ist. „Da wir jetzt die für die Bildung von Astrozyten relevanten Prozesse besser verstehen, sind wir potenziell in der Lage, herauszufinden, was schiefläuft, wenn diese Zellen ihr gesundes Programm verlassen und beginnen, ein toxisches Programm zu entfalten“, unterstreicht die Molekulargenetikerin Dr. Neha Tiwari aus Berningers Team.

„Wir vermuten, dass der Transkriptionsfaktor Runx2 wichtig sein könnte, um zu verhindern, dass Astrozyten reaktiv werden. Reaktivität von Astrozyten bedeutet nicht automatisch, dass diese toxisch werden, aber sie ist eine Voraussetzung dafür“, sagte Berninger. „Gegebenenfalls lässt sich in einem zukünftigen Projekt erforschen, wie sich Runx2 manipulieren lässt, um zu verhindern, dass Astrozyten neurotoxisch werden und ein Absterben von Nervenzellen bewirken.”

Originalpublikation:
Tiwari N.et al.: Stage-Specific Transcription Factors Drive Astrogliogenesis by Remodeling Gene Regulatory Landscapes. Cell Stem Cell 2018;23(4):557-571.e8