Wie Mikroglia altern: erstmals auf zellulärer Ebene sichtbar gemacht
Das Gehirn besitzt eigene Immunzellen, die sogenannten Mikroglia – und diese altern offenbar ganz anders, als die Wissenschaft bislang angenommen hat. Neue Forschungsergebnisse zeigen erstmals, wie sich das Altern im Inneren der Zelle vollzieht, nicht nur an ihrer Oberfläche.
Mikroglia sind die Wächter des Gehirns. Sie beseitigen Abfallstoffe, reagieren auf Infektionen und helfen dabei, Synapsen zu erhalten. Dass sich diese Zellen im Laufe des Lebens äußerlich verändern, ist seit Langem bekannt: Sie ziehen ihre Fortsätze zurück, werden runder und weniger aktiv. Was dabei auf molekularer Ebene geschieht, ist jedoch kaum erforscht. Eine neue Studie, erschienen in Nature Aging, ändert das nun.
Forschende der Henze-Gruppe kombinierten zwei Methoden, die nur selten gemeinsam eingesetzt werden. Die erste, MERFISH (multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization), erlaubt es, Hunderte von Genen gleichzeitig innerhalb einer einzelnen Zelle abzubilden und den genauen Ort der RNA im Zellinneren zu bestimmen. Dabei geht es nicht nur darum, welche Gene aktiv sind, sondern auch darum, ob sich ihre Transkripte in der Nähe des Zellkerns, an der Zellmembran oder in den Fortsätzen befinden. Die zweite Methode, die fluoreszierende Immunhistochemie, markiert bestimmte Proteine und macht so die physische Struktur der Zelle sichtbar. Gemeinsam liefern beide Verfahren ein detailliertes, dreidimensionales Bild einer Mikrogliazelle in dem Moment, in dem das Altern einsetzt.
RNA in Bewegung – und was das bedeutet
Das Team stellte fest, dass RNA in Mikroglia keineswegs zufällig verteilt ist. In jungen Zellen befinden sich Transkripte, die mit der Immunaktivierung zusammenhängen, an bestimmten Orten – vermutlich damit sie bei Bedarf rasch in Proteine umgewandelt werden können. In älteren Mikroglia bricht diese räumliche Ordnung zusammen. Transkripte, die normalerweise an der Peripherie der Zelle sitzen, tauchen stattdessen in der Nähe des Zellkerns auf. Andere verschwinden vollständig aus den Fortsätzen. Das Muster legt nahe, dass alternde Mikroglia nicht einfach weniger aktiv werden, sondern auch auf subzellulärer Ebene ihre Ordnung verlieren.
Das könnte weitreichende Konsequenzen für das Verständnis neurodegenerativer Erkrankungen haben. Bei Alzheimer und Parkinson spielen Mikroglia eine zentrale Rolle: Sie können das Gehirn schützen, aber auch Schäden verstärken. Bislang gingen Forschende davon aus, dass vor allem die Anzahl oder der Subtyp der Mikroglia dabei den Ausschlag gibt. Diese Studie verweist auf einen dritten Faktor: die innere Organisation der Zelle selbst. Eine Mikrogliazelle, die von außen völlig normal wirkt, kann im Inneren bereits tiefgreifend gestört sein.
Eine neue Methode zur Messung des Gehirn-Alterns
Die Forschenden schlagen vor, dass subzelluläre Transkriptionsmuster künftig möglicherweise als frühe Biomarker des Gehirn-Alterns dienen könnten – erkennbar, bevor äußerlich sichtbare strukturelle Veränderungen auftreten. Das würde diagnostische Möglichkeiten eröffnen, die heute schlicht nicht existieren. Allerdings ist die Methode aufwendig und erfordert spezialisierte Geräte, sodass klinische Anwendungen noch in weiter Ferne liegen.
Ein wichtiger Vorbehalt bleibt zudem bestehen: Die Studie wurde an Mäusen durchgeführt. Ob dieselben subzellulären Muster auch beim Menschen gelten und ob sie dort ebenso stark mit kognitivem Abbau korrelieren, ist noch ungeklärt. Die Methode ist vorhanden – nun müssen Forschende herausfinden, ob sich die Befunde auch an menschlichem Hirngewebe bestätigen lassen.