Der detaillierteste Zellatlas der Basalganglien veröffentlicht

Forscher haben den weltweit detailliertesten Atlas der Basalganglien veröffentlicht, der bisher 25,5 Millionen Gehirnzellen von Menschen, Makaken und Marmosetten umfasst. Die Arbeit wird in einer Sammlung von 26 Artikeln beschrieben, die in Cell, Cell Reports, Cell Reports Methods, Cell Systems, Cell Genomics und Neuron veröffentlicht wurden.

Der Atlas und sein Umfang

Die Basalganglien sind Zellgruppen tief im Gehirn, die motorische, kognitive, stimmungsbezogene und entscheidungsfindende Informationen verarbeiten. Sie stehen im Zusammenhang mit neurodegenerativen und psychiatrischen Erkrankungen, von der Parkinson- und Huntington-Krankheit über Schizophrenie, bipolare Störung bis hin zu Sucht.

Der Atlas enthält 21 Millionen Zellen aus den Gehirnen von sechs Menschen, drei Millionen Zellen von drei Rhesus- und Cynomolgus-Makaken sowie 1,5 Millionen Zellen von zwei Marmosetten. Die Forscher nutzten auch Daten aus zuvor veröffentlichten Karten des gesamten Mausgehirns.

Die Zusammenarbeit umfasste Hunderte von Wissenschaftlern in neun Ländern und ist Teil des BRAIN Initiative Cell Atlas Network (BICAN), eines 500-Millionen-US-Dollar-Projekts, das 2022 von den US National Institutes of Health ins Leben gerufen wurde, um Referenzkarten für Säugetiergehirne zu erstellen.

"Es ist ein massives Wörterbuch, das wir in diesem Feld brauchten", sagt Ana Muñoz-Manchado, eine Neurowissenschaftlerin an der Universität Cádiz in Spanien, die die Basalganglien bei neurodegenerativen Erkrankungen untersucht.

Artenübergreifende Erkenntnisse

Durch den Vergleich der Basalganglien zwischen Primatenarten identifizierten die Forscher 61 Zelltypen bei Menschen, Makaken und Marmosetten, die über 76 Millionen Jahre hinweg konserviert geblieben sind.

Das Team analysierte Gehirngewebe-Proben aus verschiedenen Entwicklungsstadien über die Lebensspanne der Arten hinweg. Die Arbeit kombiniert Informationen über Genexpression, DNA-Modifikationen, die die Genregulation steuern, Aufzeichnungen elektrischer Aktivität und die Faltung der DNA innerhalb der Zellkerne. Die Forscher kartierten auch, wo sich jede Zelle im Gehirn befindet, und entwickelten einen gemeinsamen Rahmen zur Charakterisierung und Annotierung der Zellen.

Michael Hawrylycz, ein Bioinformatiker am Allen Institute for Brain Science in Seattle, Washington, der an dem Projekt teilnahm, sagte, es sei "im Wesentlichen ein Gerüst, auf dem wir nun den Rest des Gehirns ziemlich leicht vervollständigen können".

Krankheitsbezogene Einblicke

Eine Studie untersuchte 1,1 Millionen Zellen im Striatum, der größten Struktur der Basalganglien, von 19 verstorbenen menschlichen Spendern. Die Forscher identifizierten sechs Zonen im menschlichen und makakischen Striatum, die unterschiedliche molekulare Signaturen aufwiesen, wobei jede Zone unterschiedliche Populationen von Neuronen und Gliazellen enthielt.

"Die Zellen in diesen Zonen sehen alle unter dem Mikroskop gleich aus, weisen jedoch sehr starke transkriptionelle Unterschiede auf und sind von Person zu Person frappierend konsistent", sagte Co-Autor Evan Macosko, ein Neurobiologe am Broad Institute of Harvard und MIT in Cambridge, Massachusetts, in einer Pressemitteilung des Instituts.

Macosko und seine Kollegen stellten auch fest, dass Genexpressionsmuster, die jede Zone von den anderen unterschieden, mit dem Alter zunehmend ähnlicher wurden, insbesondere in Gehirnregionen, die von der Huntington- oder Parkinson-Krankheit betroffen sind.

Eine weitere Studie analysierte fast vier Millionen Zellen im Striatum und präfrontalen Kortex von 178 verstorbenen erwachsenen Spendern im Alter von 27 bis über 90 Jahren. Die Forscher fanden heraus, dass sich die zelluläre Zusammensetzung der beiden Gehirnregionen zwischen den Personen unterschied, insbesondere bei nicht-neuronalen Zellen, den sogenannten Gliazellen.

Warum es wichtig ist

Der Atlas bietet eine artenübergreifende Referenzdatenbank, die Forschern helfen wird, Erkrankungen von der Parkinson-Krankheit bis hin zu Sucht zu verstehen. Die Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit, dass Gehirnzellatlase individuelle Unterschiede in der zellulären Zusammensetzung berücksichtigen, insbesondere bei Gliazellen.

Quellen (auf Englisch)

• nature.com: Massive atlas of brain region linked to a host of diseases is the most detailed yet | Nature

KI-Übersetzung des englischen Originalartikels, automatisch geprüft, damit sie dasselbe aussagt wie das Original. Die Quellen wurden auf Englisch geprüft.