3D-Gehirnkarte zeigt, wie Alzheimer die DNA verändert
Die DNA in unseren Zellen ist nicht einfach zufällig aufgewickelt. Sie besitzt eine präzise dreidimensionale Struktur, die bestimmt, welche Gene ein- oder ausgeschaltet sind. Bei der Alzheimer-Krankheit bricht diese Struktur zusammen. Eine neue Studie kartiert dies erstmals auf der Ebene einzelner Zellen.
Forschende setzten eine Methode ein, die gleichzeitig die räumliche Organisation der DNA und die Genaktivität in einzelnen Zellen misst. Dieses Verfahren wird als Single-Cell-Multiomics bezeichnet. Sie stellten fest, dass Zellen in Alzheimer-Gehirnen nicht nur anders funktionieren, sondern dass ihre DNA auch anders gefaltet ist. Diese Veränderung der 3D-Struktur ist mit einer abnormen Genaktivität verknüpft.
Die in Science veröffentlichte Studie zeigt, dass diese strukturellen Veränderungen je nach Zelltyp spezifisch sind. Nervenzellen, Stützzellen und Immunzellen des Gehirns weisen jeweils ein eigenes Muster auf. Die Forschenden brachten diese Auffälligkeiten mit Genen in Verbindung, die bereits zuvor mit Alzheimer assoziiert worden waren und nun erstmals in einem räumlichen Zusammenhang sichtbar werden.
Was bedeutet die 3D-Struktur in der Praxis?
Man kann sich die DNA als langen Faden vorstellen, der in ein winziges Knäuel gepresst ist. Wie dieser Faden gefaltet ist, bestimmt, welche Abschnitte für den molekularen Apparat zugänglich sind, der Gene abliest. Verändert sich die Faltung, verändert sich auch die Genaktivität. Bei Alzheimer scheint diese Faltung in bestimmten Zelltypen systematisch verschoben zu sein, was wiederum deren Aktivität beeinflusst.
Veränderungen treten früher auf als erwartet
Ein bemerkenswerter Befund ist, dass einige strukturelle Veränderungen im Genom (der Gesamtheit des genetischen Materials einer Zelle) auftreten, bevor klassische Krankheitssymptome sichtbar werden. Das deutet darauf hin, dass die Erkrankung auf molekularer Ebene möglicherweise lange schwelt, bevor Gedächtnisprobleme bemerkt werden. Ob dies für eine Früherkennung klinisch nutzbar ist, muss in weiteren Studien geklärt werden. Die Autoren stellen diesen Befund als deskriptiven Einblick vor, nicht als ein bewährtes diagnostisches Instrument.
Die Methode selbst ist ebenfalls bedeutsam. Single-Cell-Multiomics ermöglicht es Forschenden, beispiellos detaillierte Karten von Krankheitsprozessen zu erstellen, was die künftige Erforschung von Alzheimer und anderen Hirnerkrankungen erheblich beschleunigen könnte.
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