Darmbakterien steuern Gehirnzellen bei Entzündungen

Eine neue Dimension der Darm-Hirn-Beziehung haben Forscher jetzt entdeckt. Bestimmte Darmbakterien kontrollieren eine Untergruppe von Astrozyten, eine Art von Gliazellen. Diese Zellen stützen Nervenzellen im Gehirn und im zentralen Nervensystem. Jetzt haben Forscher entdeckt, dass Astrozyten auch Entzündungen steuern können.

Hoffnung für Menschen mit neurodegenerativen Krankheiten

Astrozyten haben ihren Namen von ihrer sternförmigen Struktur. Sie gehören zu den häufigsten Gliazellen. Ihre genaue Aufgabe stellte Wissenschaftler jedoch lange vor Rätsel. Bisher dachten sie, sie hätten eher eine unterstützende Funktion für die Nervenzellen – unter anderem durch die Bereitstellung von Nährstoffen.

Im Lauf der Jahre erkannten Forscher jedoch, dass Astrozyten eine weit umfassendere Bedeutung für die Gesundheit von Nervenzellen haben – allerdings eher in einem negativen Zusammenhang. Unter anderem können sie Entzündungen, neurologische Erkrankungen und Neurodegeneration aktiv fördern.

Doch ein Forscherteam am Brigham and Women’s Hospital in Boston, Hauptstadt des US-Bundesstaates Massachusetts, hat jetzt herausgefunden, dass eine Untergruppe von Astrozyten Nervenzellen auch schützen und vor Entzündungen bewahren kann. Interessanterweise werden diese Astrozyten nicht vom zentralen Nervensystem gesteuert, sondern von bestimmten Darmbakterien.

„Im Laufe der Jahre haben viele Labors, einschließlich meines, wichtige Rollen für Astrozyten bei der Förderung neurologischer Erkrankungen identifiziert“, sagte Studienautor Dr. Francisco Quintana vom Ann Romney Center für neurologische Erkrankungen am Brigham and Women’s Hospital. „Dies ist der erste Fall, in dem wir zeigen, dass mindestens eine Untergruppe dieser Zellen (Astrozyten) Entzündungen verhindern kann.“

Bisher hatten Wissenschaftler angenommen, dass es sich bei Astrozyten um einen einheitlichen Zelltyp handelt. Mittlerweile sind sie jedoch in der Lage, durch neue Analysemethoden Unterschiede in den Zellstrukturen zu erkennen. Für die im Januar 2021 im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlichte Studie verwendeten die Forscher innovative Gen- und Proteinanalysen.

Die untersuchte Gruppe von Astrozyten befindet sich in der Nähe der Meningen, der Membran, die Gehirn und Rückenmark umschließt. Sie arbeitet unter anderem mit einem Protein namens LAMP1, das gemeinsam mit einem Protein namens TRAIL den Tod von Nervenzellen veranlassen kann.

Diese beiden Proteine helfen den Astrozyten, den Zelltod in entzündungsfördernden T-Zellen in Gang zu setzen – sie schützen Nervenzellen also vor Entzündungen. T-Zellen sind Immunzellen von der Thymusdrüse, die körpereigene von körperfremden Stoffen unterscheiden sollen.

Um festzustellen, welcher Mechanismus die Zusammenarbeit von LAMP1,  TRAIL und Astrozyten im Gehirn steuert, führten die Forscher eine Reihe von Tests mit dem Gen-Editing-Tool CRISPR-Cas9 durch. Sie fanden heraus, dass ein bestimmtes Signalmolekül, Interferon-Gamma genannt, die nötige TRAIL-Expression reguliert.

Darüber hinaus fanden sie heraus, dass die Darmflora dieses Signalmolekül in bestimmten Zellen bereitstellt. Anschließend zirkulieren diese Zellen durch den Körper, bis sie die Meningen erreichen. Dort starten sie dann den entzündungshemmenden Mechanismus der Astrozyten mit den beiden Proteinen.

Das Verständnis dieser Wirkung könnte es Forschern ermöglichen, therapeutische Ansätze zur Bekämpfung neurologischer Erkrankungen wie multipler Sklerose zu entwickeln. Mit bestimmten Darmbakterien könnte die entzündungshemmende Aktivität der Astrozyten verstärkt werden.

Sanmarco, L.M., Wheeler, M.A., Gutiérrez-Vázquez, C. et al. Gut-licensed IFNγ+ NK cells drive LAMP1+TRAIL+ anti-inflammatory astrocytes. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-020-03116-4 (https://www.nature.com/articles/s41586-020-03116-4)

1 KOMMENTAR

  1. Hallo Frau Rebel,
    Wie heißen die Darmbakterien, die dieses Signalmolekül bereitstellen? Vielen Dank. Gruß Lutz

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