Forschende der Brown University haben einen genetischen Schalter entdeckt, der das Wachstum von Axonen steuert und damit langjährige Annahmen der Neurobiologie widerlegt. Bisher ging die Wissenschaft davon aus, dass die Richtungsentscheidungen beim Wachstum von Nervenfortsätzen (Axonen) ausschließlich von deren äußerster Spitze gesteuert werden. Die neue Untersuchung zeigt jedoch, dass ein genetischer Schaltmechanismus im Zellkörper des Neurons ganze Genreffen gezielt an- und ausschaltet, um das Axon präzise durch verschiedene Abschnitte seines Weges zu leiten. Diese Erkenntnis könnte entscheidend dazu beitragen, beschädigte Nervenverbindungen nach Schlaganfällen oder Rückenmarksverletzungen künftig exakt zu den richtigen Zielzellen regenerieren zu lassen. Die Studienergebnisse wurden im Fachjournal Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.
Genetischer Schalter im Zellkörper kontrolliert die Wegfindung
Das Team um Alexander Jaworski, außerordentlicher Professor für Neurowissenschaften am Carney Institute for Brain Science, untersuchte sogenannte kommissurale Neuronen bei Nagetieren. Diese Nervenzellen verbinden die linke und rechte Seite des zentralen Nervensystems und zeichnen sich durch einen scharfen Richtungswechsel beim Überqueren der Mittellinie des Rückenmarks aus. Mittels Einzelzell-RNA-Sequenzierung analysierten die Forschenden die Genexpression in vier verschiedenen Entwicklungsstadien. Die Analyse ergab, dass die Neuronen exakt beim Passieren dieser Zwischenstation ihre Genexpression verändern. Dieser Wechsel bewirkt, dass neue molekulare Führungssignale an der Axonspitze erscheinen, die den weiteren Weg zum nächsten Kontrollpunkt vorgeben.
Relevanz für die medizinische Regeneration und neurobiologische Forschung
In der aktuellen medizinischen Forschung zur Nervenregeneration besteht das Hauptproblem oft darin, dass nachwachsende Axone nicht zu ihrem korrekten Ziel finden. Das Verständnis dieses zentralen genetischen Schalters im Zellkörper könnte es ermöglichen, die für die korrekte Wegfindung notwendigen Gene nach einer Schädigung gezielt wieder zu aktivieren. Darüber hinaus liefert die Studie Genexpressionsdaten von über 12.000 Neuronen. Dieser umfassende „genetische Atlas“ bietet der neurowissenschaftlichen Fachwelt eine neue fundamentale Datenbasis, um die Entwicklung und Verschaltung des Rückenmarks besser zu verstehen.
Die Studie ist unter der DOI 10.1073/pnas.2607727123 veröffentlicht.
