Los Angeles (Labnews Media LLC) – Forschende der University of California in Los Angeles haben eine der ersten zellulären Auflösungskarten der menschlichen Gehirnentwicklung bei Down-Syndrom erstellt. Die Studie zeigt, wie die genetische Veränderung den zeitlichen Ablauf der neuronalen Entwicklung bereits im Mutterleib grundlegend verändert und liefert damit eine molekulare Grundlage für künftige therapeutische Ansätze.
Das Team analysierte mehr als 100.000 Zellkerne aus dem pränatalen Neocortex von 26 Spendern zwischen der 13. und 23. Schwangerschaftswoche – dem entscheidenden Zeitraum, in dem alle kortikalen Neurone eines Menschen entstehen. Die Ergebnisse belegen, dass Vorläuferzellen bei Down-Syndrom vorzeitig in die Neuronenproduktion übergehen. Dadurch erschöpft sich ihr Pool, was zu einer Verschiebung der Neuronentypen führt: Es entstehen relativ mehr obere Schicht-Neurone (intratelencephale IT-Neurone), während tiefe Schicht-Neurone (corticothalamische CT-Neurone) verringert sind.
Diese Störung erklärt nach Ansicht der Forschenden unter anderem das geringere Hirnvolumen bei Betroffenen. Frühere Theorien hatten vor allem einen erhöhten Zelltod vermutet. Die neue Analyse deutet hingegen auf eine vorzeitige Erschöpfung der Vorläuferzellen hin. Die Kombination aus Genexpressions- und Chromatin-Accessibility-Daten (paired single-nucleus multi-omics) ermöglichte zudem Einblicke in veränderte Stoffwechselwege und die Interaktion zwischen Gefäßsystem und Nervengewebe.
Die Studie schließt eine wichtige Lücke in der Forschung, die bisher vor allem den erwachsenen Gehirn und die spätere Alzheimer-Entwicklung untersucht hatte. Sie dient als Referenzstandard, da Maus- und In-vitro-Modelle bislang widersprüchliche Ergebnisse geliefert hatten. Eine parallele Arbeit der University of Wisconsin-Madison, die im selben Heft von Science erscheint, zeigt, dass viele der pränatalen Veränderungen bis ins frühe Kindesalter fortbestehen.
Die Forschenden sehen in den identifizierten regulatorischen Netzwerken auch Überschneidungen zu anderen neuroentwicklungsbedingten Störungen wie Autismus oder Epilepsie. Die Erkenntnisse könnten langfristig gezielte Interventionen ermöglichen, etwa über Gen- oder Signalweg-spezifische Therapien.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.
DOI: 10.1126/science.aea1259
