Hirnatlas von 284 Spendern zeigt ungleiche Alterung

Der Bereich hinter der Stirn hilft uns, zu planen, Entscheidungen abzuwägen und eine Telefonnummer im Gedächtnis zu behalten. Seine Aktivitätsmuster verändern sich im Lauf des Lebens nicht gleichmäßig: In der frühen Lebensphase unterscheiden sie sich stark, im Erwachsenenalter stabilisieren sie sich und verschieben sich später erneut. Das zeigt eine von neun koordinierten Arbeiten eines internationalen Forschungsverbunds unter Leitung von Forschenden am Mount Sinai (Mount Sinai). Die Entwicklungskurve gibt Forschenden einen Vergleichswert dafür, wie normale Alterung in den einzelnen Zelltypen aussieht – und hilft so, Veränderungen durch Krankheiten davon abzugrenzen.

Man stelle sich eine Forscherin vor, die Hirngewebe eines im hohen Alter an Demenz verstorbenen Menschen untersucht. Sie entdeckt ungewöhnliche Aktivität in den Immunzellen des Gehirns. Spiegelt sich darin die Krankheit, oder verhalten sich diese Zellen in jedem alten Gehirn so? Ohne Vergleichswerte aus gesunden Gehirnen desselben Alters lässt sich das nicht entscheiden.

Ein Blick auf den Arbeitsplan der Zelle

Jede Zelle trägt dieselbe genetische Anleitung in sich, liest aber zu jedem Zeitpunkt nur die Abschnitte ab, die sie gerade benötigt. Diese Arbeitskopien sind RNA. Ihre Menge zeigt, womit eine Zelle zum Zeitpunkt der Gewebeentnahme beschäftigt war. Sie ist ein Hinweis auf Aktivität, zeigt aber weder direkt die daraus entstehenden Proteine noch die neuronalen Netzwerke, zu denen diese beitragen.

Frühere Verfahren erfassten die RNA aus einem ganzen Gewebestück auf einmal – als wolle man einen Obstsalat beurteilen, nachdem er im Mixer gelandet ist. Eine Veränderung, die nur Mikroglia betrifft, die ansässigen Immunzellen des Gehirns, kann im viel stärkeren Signal der Nervenzellen untergehen. Das hier eingesetzte Verfahren, die Einzelkern-RNA-Sequenzierung, hält die Signale getrennt: Forschende isolieren Zellkerne, die auch nach dem Einfrieren erhalten bleiben, und lesen die RNA jedes Kerns einzeln aus.

Durch den Vergleich vieler solcher Momentaufnahmen lassen sich Zellen nach Typ ordnen: in Nervenzellen, Gliazellen, Immunzellen und Zellen der Blutgefäße. So können Forschende untersuchen, wie sich die einzelnen Zelltypen zwischen jungen und alten Gehirnen unterscheiden. Den stärksten Einfluss auf das Gesamtbild hat dabei die Zellart. The Transmitter zufolge erkläre sie 50,5 Prozent der gemessenen Unterschiede in der Genaktivität (The Transmitter).

Drei Phasen, kein Stichtag

Bei den jüngsten Spendern sind die Unterschiede am größten. Der Neurowissenschaftler Juan Lerma vom CSIC sagte der Zeitung El Mundo, die RNA-Muster deuteten auf die Bildung von Gliazellen, den Umbau von Synapsen – also Verbindungen zwischen Nervenzellen – und die Beseitigung von Zellen durch programmierten Zelltod hin (El Mundo). Das ist eine Deutung der aktivierten Gene; unmittelbar beobachtet hat diese Vorgänge niemand.

Die Studie umfasst 284 neurotypische Hirnspender im Alter von der Säuglingszeit bis 97 Jahren. Bei den meisten Untergruppen von Nervenzellen und Gliazellen stabilisierten sich ihre relativen Anteile demnach um das 24. Lebensjahr, wenn auch nicht ausnahmslos (Nature). La Vanguardia machte daraus die Schlagzeile, das menschliche Gehirn reife erst mit 24 Jahren aus (La Vanguardia). Die eigentliche Aussage ist enger: Da die Untersuchung verschiedene Menschen erfasst, die in unterschiedlichen Lebensaltern gestorben sind, beschreibt sie einen Trend in der Bevölkerung für eine einzelne Hirnregion. Sie markiert keinen Stichtag im Leben eines Einzelnen und sagt nichts darüber aus, ob das Lernen aufhört.

Ab etwa 60 oder 65 Jahren treten erneut Unterschiede auf. Sie konzentrieren sich auf Glia- und Immunzellen, statt sich über den gesamten Kortex zu verteilen (The Transmitter). Spanische Medienberichte verbanden die frühe Aktivität mit Genen, die mit Schizophrenie und bipolarer Störung in Verbindung stehen, und die spätere Aktivität der Gliazellen mit Alzheimer-assoziierten Genen (El Imparcial). Das zeigt eine zeitliche Übereinstimmung zwischen Genmustern und Lebensphasen, belegt aber nicht, dass die Muster Krankheiten verursachen.

Wo Alterung endet und Krankheit beginnt

Die Karte über die gesamte Lebensspanne gewinnt an Aussagekraft, wenn man sie mit ihrem größeren Gegenstück zusammenliest. Eine krankheitsübergreifende Karte aus derselben Publikationsreihe erfasst mehr als 6,3 Millionen Zellkerne von 1.494 Spendern, darunter Menschen mit Alzheimer, Parkinson, Schizophrenie und bipolarer Störung (Nature). Die Zahl der Zellkerne entspricht nicht der Zahl der Spender; die Altersverläufe beruhen ausschließlich auf den gesunden Spendern. Der Atlas weist Aktivitätsmuster aus, die mehrere Krankheiten gemeinsam haben, und andere, die nur bei einer auftreten.

Mit der Demenzprobe kann die Forscherin das Signal der Immunzellen nun mit den üblichen Aktivitätsmustern in gesunden Gehirnen ähnlichen Alters vergleichen. Passt es dazu, spricht das vermutlich für normale Alterung. Weicht es davon ab, ist es ein Kandidat für weitere Untersuchungen.

Die Arbeit liefert eine Vergleichsgrundlage, um krankheitsbezogene Signale von normaler Alterung in dieser Hirnregion zu unterscheiden. Sie ist ein Forschungsinstrument, kein Diagnosetest und keine Behandlung. Ob mögliche Signale tatsächlich zu Symptomen beitragen, müssen weitere Experimente im Labor und klinische Untersuchungen zeigen.