Eine neuronale Fehlentwicklung scheint für ein Fragiles X Syndrom verantwortlich zu sein. Die Erbkrankheit beeinträchtigt das Gehirn bei Kindern.
Als Fragiles X Syndrom bezeichnet man die häufigste vererbbare Form kognitiver Beeinträchtigungen bei Kindern. Die Krankheit ist auch oft verbunden mit der Autismus-Erkrankung. Welche neuronalen Fehlfunktionen ihm zu Grunde liegen, war bis vor Kurzem weitgehend unbekannt. Hier konnten Forscher der Technischen Universität Braunschweig eine weitere Ursache für die Entstehung der Krankheit ins Blicklicht rücken.
Neuronale Fehlentwicklung
Neuronale Entwicklungsstörungen wie Autismus sind häufig durch eine Beeinträchtigung im Heranreifen der Verbindungen zwischen Nervenzellen gekennzeichnet. Wenn dort unwichtige Information nicht herausgefiltert werden, kann es zu einer regelrechten Reizüberflutung kommen.
Den Ursachen dafür sind deutsche Forscher, ein Stück näher gekommen. Und zwar im Rahmen von Grundlagenforschung zur Funktionsweise unseres Gehirns. Sie beschäftigen sich seit längerem mit zwei Proteinen, die das Zytoskelett von Nervenzellen modulieren. Das sind die sogenannten Profiline.
Diese hochspezialisierten Nervenzellen unseres Gehirns enthalten zwei Profiline: eine evolutiv – also in der Entwicklung der Lebewesen – ältere Form (PFN1), welche in jeder Körperzelle gebildet wird, und zusätzlich das evolutiv jüngere PFN2a, das nur im Nervensystem zu finden ist. Beide kamen als „Kandidaten“ für die Ursachen von Entwicklungsstörungen infrage. Das Forschungsteam hat nun nachgewiesen, das nur PFN1 für die Fehlentwicklung zuständig ist.
Die Profiline gibt es in nahezu allen Lebewesen
Um dies festzustellen, mussten die Forscherinnen und Forscher zuvor der Funktionsweise eines gesunden Gehirns näher gekommen. Die Profiline sind in nahezu allen Lebewesen, vom Pilz bis zum Säugetier, anzutreffen. Auch im menschlichen Körper sind in verschiedenen Körperzelltypen mehrere Profiline nebeneinander zu finden. Sie sind in ihrem Aufbau sehr ähnlich, in ihrer Funktion jedoch höchstwahrscheinlich sehr unterschiedlich.
Vor allem im Nervensystem ist dies bisher jedoch noch weitgehend unerforscht. Die Arbeitsgruppe konnte im Rahmen ihrer neuen Studie aufklären, warum unsere Nervenzellen genau zwei Profiline benötigen, und damit der Lösung eines Rätsels der Evolution einen Schritt näher kommen.
Während unserer Entwicklung verbinden sich Milliarden von Nervenzellen zu funktionalen Netzwerken, die es dem menschlichen Gehirn erlauben, so verschiedene Aufgaben wie Fahrradfahren oder mitunter sogar das Verständnis der Relativitätstheorie zu bewältigen. Jede Nervenzelle bildet dabei Verknüpfungen, so genannte Synapsen, aus. Sie reifen heran, bis sie ihre volle Funktionsfähigkeit erreichen.
Hierbei ist besonders das „Gerüst“, das strukturgebende Zellzytoskelett gefragt, welches der reifen Synapse schließlich eine stabile Form verleiht. Dieses Zytoskelett ist aber zugleich auch ein Leben lang flexibel, um auf Veränderungen der Signalübertragung reagieren zu können. Dieses Phänomen wird als neuronale Plastizität bezeichnet und erlaubt es uns, zu lernen und neue Informationen in diesen neuronalen Netzwerken abzuspeichern.
Ein Protein baut auf, das andere sorgt für Beweglichkeit
Das Forscherteam konnte zeigen, dass das ältere PFN1 vor allem für die Bildung und das Heranreifen von Synapsen wichtig ist, um also die Grundverschaltung des menschlichen Gehirns zu bewerkstelligen. Das evolutiv gesehen jüngere PFN2a hingegen spielt eine essentielle Rolle für die Modulierbarkeit der Synapsenform, ein Prozess der vor allem bei der Gedächtnisbildung benötigt wird. Bemerkenswerter Weise zeigen die Daten auch, dass trotz ihrer hohen biochemischen Ähnlichkeit beide Profilin-Formen in entgegengesetzter Weise auf das Zytoskelett einwirken.
Entscheidende Ursache für ein Fragiles X Syndrom
Eine entscheidende Ursache des Fragilen X Syndroms (FXS) ist das ungenügende Heranreifen von Synapsen, so dass diese im späteren Leben nicht für Lernvorgänge zur Verfügung stehen. Die Daten der Forschergruppe belegen nun, dass nur PFN1 und nicht PFN2a in der neurologischen Entwicklungsstörung FXS fehlerhaft reguliert ist. Es kann somit einer der Gründe sein, weshalb hier neuronale Netzwerke nicht richtig ausreifen.
Das Wissen um die Faktoren, welche für die Synapsenbildung benötigt werden und wie genau diese Faktoren im Verlauf neuronaler Entwicklungsstörungen, wie des Fragilen X Syndroms, fehlreguliert sind, kann dazu beitragen, diese in der Zukunft besser behandeln zu können. Erst wenn die Ursachen einer Krankheit bekannt sind, kann man diese auch gezielt therapieren.
Literatur:
Kristin Michaelsen-Preusse, Sabine Zessin, Gayane Grigoryan, Franziska Scharkowski,Jonas Feuge, Anita Remus, Martin Korte. Neuronal profilins in health and disease: Relevance for spine plasticity and Fragile X syndrome. PNAS first published March 7, 2016 https://doi.org/10.1073/pnas.1516697113
