Durchbruch in der Forschung:
Unser Gehirn sind eigentlich zwei Organe

Beim menschlichen Gehirn handelt es sich entgegen der bisherigen Annahme gar nicht um ein einzelnes Organ, das sich im Laufe der Evolution immer komplexer gestaltete. Das hat ein aktuelles Forschungsprojekt herausgefunden.

Zwei Ursprünge

Forscher der Stanford University haben Hinweise darauf gefunden, dass sich Vorder- und Hinterhirn bereits während der frühen Embryonalentwicklung aus zwei unterschiedlichen Vorläuferzellen entwickeln. Das lässt den Schluss zu, dass sich die beiden Teile aus ursprünglich zwei verschiedenen Organen entwickelt haben und erst im Laufe der Evolution zusammenfanden. Das zugehörige Paper wurde im Fachjournal Nature Neuroscience veröffentlicht.

Bisher ging die Forschung davon aus, dass nahezu alle Regionen des Gehirns auf eine gemeinsame Vorläuferzelle zurückgehen. Die neue Untersuchung stellt dieses Modell infrage. Das Vorderhirn und Mittelhirn entstehen demnach aus Zellen, die das Gen Otx2 aktivieren, während sich das Hinterhirn aus einer separaten Zellpopulation mit dem Gen Gbx2 entwickelt. Beide Zelltypen sind bereits während der Gastrulation, einer frühen Phase der Embryonalentwicklung, klar voneinander getrennt.


Auch die Verpackung der DNA in den Zellen unterscheidet sich grundlegend. Bestimmte Bereiche des sogenannten Chromatins sind in den beiden Zellpopulationen unterschiedlich organisiert. Dadurch werden die jeweiligen Entwicklungswege früh festgelegt. Nach Ansicht der Forscher erklärt dies möglicherweise, warum es Wissenschaftlern über Jahrzehnte nicht gelungen ist, bestimmte Hinterhirn-Neuronen zuverlässig im Labor zu erzeugen: Sie versuchten, Vorläuferzellen des Vorderhirns und Mittelhirns in einen Zelltyp umzuwandeln, für den diese Zellen nicht geeignet waren.

Mit dem neuen Wissen gelang es dem Team erstmals, aus menschlichen Stammzellen funktionsfähige motorische Nervenzellen des Hinterhirns zu erzeugen. Die künstlich gezüchteten Neuronen zeigten elektrische Aktivität und produzierten typische Proteine jener Hirnregionen, die unter anderem die Gesichts- und Schluckmuskulatur steuern.

Wichtig für weitere Forschung

Die Erkenntnisse könnten vor allem die Erforschung von Erkrankungen des Hirnstamms voranbringen. Dazu gehören die spinale Muskelatrophie (SMA) und Amyotrophe Lateralsklerose (ALS), bei denen bestimmte Hinterhirn-Neuronen ihre Funktion verlieren. Da entsprechendes Gewebe bei lebenden Patienten kaum untersucht werden kann, könnten im Labor gezüchtete Nervenzellen neue Möglichkeiten für Krankheitsmodelle und die Suche nach Therapien eröffnen.

Vergleiche mit Hühnern, Zebrafischen und sogar entfernt verwandten Eichelwürmern deuten darauf hin, dass die Zweiteilung des Nervensystems evolutionär sehr alt ist. Die Forscher wollen nun unter anderem untersuchen, wie sich das Rückenmark entwickelt und welche Veränderungen bei SMA und ALS zum Absterben der Nervenzellen führen.


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