MÜNCHEN – Eine bahnbrechende Studie hat die detaillierteste Karte erstellt, die zeigt, wie sich verschiedene Zelltypen im Gehirn mit dem Alter verändern. Die Ergebnisse dieser Forschung könnten entscheidende Informationen liefern, um altersbedingte Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson besser zu verstehen und möglicherweise deren Verlauf zu beeinflussen.

In der aktuellen Veröffentlichung in der renommierten Fachzeitschrift Nature analysierten Wissenschaftler über 1,2 Millionen Gehirnzellen von sowohl jungen als auch alten Mäusen. Durch diese umfassende Untersuchung wollten die Forscher aufzeigen, dass viele spezifische Zelltypen signifikante Veränderungen in der Genexpression aufweisen, wenn die Tiere älter werden. Besonders auffällig sind diese Veränderungen im Hypothalamus, einem Bereich des Gehirns, der eine Schlüsselrolle bei der Regulierung von Hunger, Hormonen und dem Energiehaushalt spielt.

Frühere Studien identifizierten zwar allgemeine Anzeichen des Alterns, wie erhöhte Entzündungen und eine verringerte Fähigkeit zur Zellreparatur, konnten jedoch nicht konkret bestimmen, welche Zelltypen am stärksten betroffen sind und wo diese Änderungen im Gehirn stattfinden. Da das Gehirn aus Tausenden von Zelltypen besteht, die jeweils spezifische Funktionen in unterschiedlichen Regionen haben, könnte das Verständnis der Altersveränderungen in diesen Zellen wertvolle Hinweise auf das normale Altern sowie auf Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson geben.

Dank einer hochmodernen Technik, der Einzelzell-Transkriptomik, konnte das Forschungsteam die Genaktivität einzelner Zellen näher analysieren. Sie untersuchten die Gehirne von zwei Monate alten (Jungtiere) und 18 Monate alten Mäusen (Alttiere), was etwa dem mittleren menschlichen Alter entspricht. Die Ergebnisse führten zu einem Datensatz, der über eine Million hochwertiger Gehirnzelltranskriptome umfasst - der bisher umfangreichste Einzelzell-Datensatz zum Thema Gehirnalterung bei Mäusen.

Durch den Vergleich der Genaktivität zwischen jungen und alten Mäusen identifizierten die Forscher insgesamt 2.449 Gene, die altersabhängige Veränderungen aufweisen. Besonders auffällig war, dass das Gen Ccnd2, welches die Zellzyklusregulation steuert, in vielen verschiedenen Neuronen- und Gliazelltypen zurückging. Demgegenüber zeigen Gene wie Oasl2 und Ifit1, die mit der Immunantwort assoziiert sind, eine gesteigerte Aktivität, vor allem in Mikroglia - den residenten Immunzellen des Gehirns.

Eine der faszinierendsten Entdeckungen war, dass das Altern nicht alle Gehirnzellen gleich betrifft. Bestimmte Gliazelltypen erwiesen sich als besonders anfällig, insbesondere Mikroglia, grenzassoziierte Makrophagen, Oligodendrozyten und Ependymzellen. Diese Zellen zeigten Anzeichen erhöhten Entzündungsniveaus sowie Veränderungen in ihrem Stoffwechsel, was die Frage aufwirft, wie diese Zellen die Normierung neuronaler Funktionen im Alter beeinflussen.

Besonders bemerkenswert war die Identifizierung eines spezifischen „Hotspots“ für altersbedingte Veränderungen im Hypothalamus. Diese Region ist kritisch für die Energiehomöostase und das Fressverhalten. Forscher waren fasziniert von der Rolle der Tanyzyten, einer Zellart, die die Blut-Hirn-Schranke reguliert und möglicherweise auch das Potenzial zur Neurogenese behält. Allerdings stellte sich heraus, dass Tanyzyten mit dem Alter eine verringerte Genexpression aufwiesen, die mit der Neuronenbildung und eine erhöhte Expression immunbezogener Gene verbanden, was auf eine eingeschränkte Fähigkeit des Gehirns hindeutet, sich selbst zu regenerieren.

Neben diesen allgemeinen Trendanalysen entdeckten die Forscher spezifische Zellcluster, die in älteren Gehirnen entweder vermehrt oder vermindert vorkamen. So identifizierten sie Cluster von Mikroglia, die in älteren Tieren angereichert waren und ein pro-inflammatorisches Profil aufwiesen. Dies unterstützt die Hypothese einer erhöhten Entzündung im alternden Gehirn, was möglicherweise zur Entwicklung neurodegenerativer Erkrankungen beiträgt.

Die Wissenschaftler beabsichtigen nun, ihre Untersuchungen auf menschliche Gehirne auszudehnen. Obwohl Mäuse viele neurobiologische Merkmale mit Menschen teilen, entwickeln sie altersbedingte Gehirnerkrankungen nicht in der gleichen Weise. Dennoch könnte die Analyse der Mäusedaten wichtige Erkenntnisse über anfällige Zelltypen und innovative therapeutische Ansätze zur Bekämpfung neuronaler Erkrankungen im Alter liefern. Dies eröffnet neue Perspektiven in der neurologischen Forschung und legt den Grundstein für zukünftige therapeutische Interventionen.