Nachschub für Neuronen auch bei Erwachsenen

Ob im Hippocampus von erwachsenen Menschen noch neue Nervenzellen entstehen, wird kontrovers diskutiert. Während frühere Studien Hinweise auf eine Nervenzellbildung im erwachsenen Gehirn lieferten, blieb der Nachweis proliferierender neuronaler Vorläuferzellen schwierig. Jetzt erschien allerdings eine Studie im Fachjournal »Science«, mit der ein Team um Dr. Ionut Dumitru vom Karolinska-Institut in Stockholm, Schweden, Klarheit schafft. Mit Methoden der Einzelzellanalytik konnten die Forschenden zeigen, dass von der Geburt bis ins hohe Erwachsenenalter neuronale Vorläuferzellen gebildet werden, die sich zu Neuronen entwickeln.

Sie analysierten zunächst insgesamt 402.660 Zellkerne aus Hippocampus-Gewebe von 25 Individuen im Alter von 0 bis 78 Jahren mithilfe von Einzelkern-RNA-Sequenzierung. In zwölf Erwachsenenproben wurden zusätzlich sich teilende Zellkerne mithilfe von Antikörpern angereichert, die den Proliferationsmarker Ki-67 erkennen. Durch diese Methode (Fluoreszenz-aktivierter Zellsorter; FACS) wurden Ki-67-positive Kerne um das 37-Fache angereichert.

Um zu verstehen, ob die sich teilenden Zellen sich zu Neuronen entwickeln, trainierten die Forschenden maschinelle Lernmodelle auf die von ihnen ermittelten Transkriptionsdaten. Diese Modelle wurden dann auf jugendliche und erwachsene Proben angewendet. Dabei galten Zellen als Vorgänger von Nervenzellen, wenn mindestens zwei Programme diese Klassifikation unterstützten.

Schließlich wurden die erhaltenen Daten durch Vergleich mit Referenzdatensätzen aus der Maus, dem Schwein, von Makaken sowie menschlichen Feten validiert. Und die räumliche Lokalisation der Zellen wurde durch spezielle Analysetechniken überprüft.

Bei den Kleinkindern (0 bis 5 Jahre) konnte gezeigt werden, dass sich Nervenzellen in mehreren klar erkennbaren Schritten entwickeln: von neuralen Stammzellen (NSC) über neuronale Progenitorzellen (INP) und Neuroblasten bis hin zu sogenannten granulierten Neuronen (GN, auch Körnerzellen genannt).

Auch in Proben von Jugendlichen und Erwachsenen wurden diese Zelltypen identifiziert. Die Forschenden konnten 354 Vorläufer neuronaler Zellen nachweisen, darunter NSC, INP und Neuroblasten. Diese exprimierten für diese Zellen typische Marker, allerdings in geringeren Mengen als in den kindlichen Zellen. Dabei wurden große Unterschiede zwischen einzelnen Personen festgestellt – einige Erwachsene hatten viele neuronale Vorläuferzellen, andere kaum welche.

Durch Integration mit Maus-, Schweine-, Makaken- und fetalen menschlichen Datensätzen zeigten die Forschenden, dass adulte menschliche Progenitorzellen transkriptionell eng mit deren homologen Zelltypen in anderen Tierarten und Entwicklungsstufen verwandt sind.

Schließlich ließ sich auch zeigen, dass die Vorläuferzellen spezifisch in der granularen Zellschicht des Gyrus dentatus, der Eingangsstation des Hippocampus, lokalisiert sind. Proliferierende Zellen zeigten Koexpression von KI-67 mit anderen Proliferationsmarkern. Die Verwendung multipler Marker war essenziell, um Verwechslungen mit anderen Zelltypen, die die Präparation leicht kontaminieren können, zu vermeiden.