Forschungsteam aus Hamburg und Stanford: Das Gen, das Immunzellen des Gehirns entstehen lässt

Mikroglia zählen zu den Immunzellen des Gehirns und stellen Schätzungen zufolge fünf bis zehn Prozent aller dort vorkommenden Zellen. Ein Forschungsteam aus Hamburg und Stanford hat nun ein Gen namens Elp1 identifiziert, das für die Entstehung dieser Zellen aus Blutstammzellen entscheidend ist.

Möglich wurde der Fund durch eine neu entwickelte Labormethode, mit der sich solche Entwicklungsprozesse erstmals im großen Maßstab untersuchen lassen. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature erschienen.

Bisher war unklar, welche molekularen Schalter darüber entscheiden, dass sich bestimmte Blutstammzellen zu Mikroglia entwickeln und nicht zu anderen Immunzellen. Genau diese Lücke wollte das Team schließen, indem es den Entstehungsprozess Schritt für Schritt nachstellte und systematisch nach den beteiligten Genen suchte.

Ein Zellkultursystem bildet die Entstehung von Mikroglia nach

Um die Entwicklung im Labor sichtbar zu machen, baute das Team ein Zellkultursystem auf, in dem Blutstammzellen gemeinsam mit Astrozyten wachsen. Diese Hirnzellen senden ein Signal aus, das die Stammzellen innerhalb weniger Tage zu Mikroglia-ähnlichen Zellen umwandelt. Zuvor hatte das Team eine neue Technik genutzt, um die benötigten Blutstammzellen überhaupt in ausreichender Menge im Labor zu vermehren.

Im Tierversuch bestätigte sich der Effekt: Die im Labor gezüchteten Zellen besiedelten das Gehirn von Mäusen und entwickelten sich dort zu Zellen, die Mikroglia in Form und Aufräumfunktion ähneln. Damit stand ein belastbares Modell bereit, um nach dem entscheidenden Gen zu suchen.

2.000 Gene wurden einzeln ausgeschaltet

Mit der Genschere CRISPR/Cas9 schaltete das Team rund 2.000 Gene einzeln aus, um ihre Rolle für die Zellentwicklung zu prüfen. Dabei fiel ein Gen besonders auf: Elp1. Fehlte dieses Gen, gelang den Blutstammzellen die Entwicklung zu Immunzellen und Mikroglia-ähnlichen Zellen weder im Labor noch im Tierversuch zufriedenstellend.

Ohne Elp1 gerät die Proteinherstellung in den Zellen durcheinander, was die Zellen in einen Stresszustand versetzt. Interessant ist dabei ein zweiter Befund: Bereits ausgereifte Mikroglia im Gehirn benötigen Elp1 offenbar nicht mehr. Das Gen scheint also nur für die Entstehung neuer Zellen gebraucht zu werden, nicht für deren Erhalt.

Elp1 war bisher vor allem aus Nervenzellen bekannt

Elp1 war bislang vor allem aus der Entwicklung von Nervenzellen bekannt. Veränderungen in dem Gen sind mit einer seltenen Erbkrankheit des Nervensystems verbunden sowie mit Medulloblastom, einem Hirntumor, der bei Kindern auftritt.

Auch bei menschlichen Blutstammzellen zeigte sich der Effekt: Die Umwandlung zu Mikroglia-ähnlichen Zellen funktionierte deutlich schlechter, wenn Elp1 ausgeschaltet wurde. Nach Einschätzung des Forschungsteams deutet dies darauf hin, dass Elp1 in Maus und Mensch eine vergleichbare Funktion übernimmt.

Die neue Plattform soll weitere Ansätze testen

Für das Team ist die entwickelte Labormethode mehr als ein Werkzeug für diesen einen Fund. Sie soll künftig genutzt werden, um weitere Ansätze systematisch zu prüfen – etwa die Frage, ob sich der Zellstress, der beim Fehlen von Elp1 entsteht, gezielt mindern lässt.

Für die Forschung an Mikroglia eröffnet das neue Möglichkeiten: Wer besser versteht, wie diese Immunzellen im Gehirn entstehen, kann künftig gezielter untersuchen, was passiert, wenn dieser Prozess gestört ist – etwa bei den Erkrankungen, mit denen Elp1 bereits in Verbindung gebracht wird.

Bild: Symbolbild, KI-erzeugt.