Neues Modell der Großhirnrindenentwicklung identifiziert
Forscher liefern neue Daten über die Rolle des Proteins Reelin bei der Bildung des Kortex, des am weitesten entwickelten Teils des Gehirns
Reelin ist ein entscheidendes Protein bei der Regulierung der neuronalen Migration und der neuronalen Positionierung während der Gehirnentwicklung. Es wird von zwei Arten von Neuronen produziert: Cajal-Retzius-Neuronen während der pränatalen Entwicklung und später entstehende GABAerge Neuronen. Im Gegensatz zur bisherigen Annahme, dass die Rolle der Cajal-Retzius-Neuronen überwiegt, stellt diese Studie des Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) fest, dass beide Reelin-Quellen bei der Kortikogenese, d. h. bei der Bildung der Schichten der Großhirnrinde, eine wesentliche Rolle spielen.
Reelin ist ein Protein, das hauptsächlich im Gehirn und im Rückenmark vorkommt.
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Diese Arbeit wurde durch die Arbeit der Gruppe für Neurogenese und kortikale Expansion des Instituto de Neurociencias de Alicante (IN, CSIC-UHM) ermöglicht. Als Beitrag zu den Arbeiten von Professor Eduardo Soriano von der Universität Barcelona haben die Forscher des IN zwei Arten von Mäusen verwendet, die genetisch so verändert wurden, dass das Reelin-Gen in den später entstehenden Cajal-Retzius- oder GABA-ergen Neuronen selektiv inaktiviert wird, um die Zusammenarbeit beider bei der Organisation der Großhirnrinde zu demonstrieren.
"Reelin ist ein Protein, das hauptsächlich im Gehirn und im Rückenmark vorkommt. Es ist entscheidend für die Regulierung der neuronalen Migrationsprozesse und die Positionierung der Neuronen in ihrer entsprechenden Schicht während der Embryonalentwicklung des Gehirns und insbesondere der Großhirnrinde", erklärt Victor Borrell, Leiter der Gruppe Neurogenese und kortikale Expansion am IN.
Reelin wird von zwei Neuronenpopulationen produziert: zum einen von Cajal-Retzius-Neuronen, flüchtigen Zellen, die ausschließlich während der Gehirnentwicklung vorhanden sind und während der pränatalen Entwicklung die Hauptquelle von Reelin im Neokortex und Hippocampus darstellen. Und dann sind da noch die GABAergen Interneuronen, die die Cajal-Retzius-Zellen bei der Produktion von Reelin ergänzen.
Die meisten Neuronen werden weit entfernt von ihrem endgültigen Bestimmungsort geboren und müssen daher große Entfernungen zurücklegen, um ihren endgültigen Bestimmungsort zu erreichen (Migration). "Reelin spielt eine unverzichtbare Rolle bei der Regulierung dieser Prozesse der Migration und Positionierung von Neuronen. Zusätzlich zu dieser wichtigen Rolle in der frühen Entwicklung moduliert Reelin im erwachsenen Gehirn die synaptische Plastizität und fördert die Induktion und Aufrechterhaltung der Langzeitpotenzierung, ein wesentlicher Prozess bei der Gedächtnisbildung", betont IN-Forscher und Mitautor der Entdeckung Adrián Cárdenas.
Diese neue Studie unterstreicht die wichtige Rolle des von gabaergischen Interneuronen stammenden Reelins in der frühen Gehirnentwicklung, insbesondere bei der späten neuronalen Migration. Die Autoren beobachteten vorübergehende Migrationsdefekte, was darauf hindeutet, dass Reelin, das von einer dieser beiden Neuronenpopulationen, sowohl von Cajal-Retzius-Zellen als auch von GABAergen Interneuronen, exprimiert wird, ausreicht, um einige Defekte in der Laminierung, d. h. in der für das korrekte Funktionieren der Großhirnrinde wesentlichen Organisation, umzukehren und auszugleichen.
Neuronale Migration bei kognitiven Störungen
Abnormale neuronale Migration ist bei vielen Erkrankungen, die mit kognitiven Beeinträchtigungen einhergehen, häufig. Jüngste Studien haben gezeigt, dass Reelin an der Entstehung und Entwicklung von neurologischen Erkrankungen beteiligt ist, insbesondere an der Alzheimer-Krankheit, Schizophrenie, bipolaren Störungen, Autismus-Spektrum-Störungen und Epilepsie, und zwar in Stadien, in denen Reelin hauptsächlich in GABAergen Neuronen exprimiert wird.
Trotzdem ist der Beitrag von Reelin, das von GABAergen Interneuronen in der kortikalen Entwicklung exprimiert wird, noch weitgehend unbekannt, und folglich wird die Rolle von Reelin, das von Cajal-Retzius-Zellen stammt, möglicherweise überschätzt. Daher wurde diese Studie mit dem Ziel durchgeführt, den spezifischen Beitrag von Reelin, das von jeder dieser beiden Zellpopulationen (Cajal-Retzius und GABAerge) exprimiert wird, zur neuronalen Migration und zur Bildung der Großhirnrinde zu ermitteln.
Traditionell wurde angenommen, dass das von Cajal-Retzius-Zellen stammende Reelin für die neuronale Migration wesentlich ist, während das von Interneuronen stammende Reelin für die neuronale Plastizität im Erwachsenenalter wichtig ist und auch in die pathologischen Mechanismen von Hirnerkrankungen involviert ist. Diese Studie kommt jedoch zu dem Schluss, dass sowohl das von Cajal-Retzius-Zellen als auch das von GABAergen Neuronen exprimierte Reelin bei der Steuerung der neuronalen Migration und der Kortikogenese zusammenwirken.
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Originalveröffentlichung
Alba Vílchez-Acosta, Yasmina Manso, Adrián Cárdenas, Alba Elías Tersa, Margdalena Martínez-Losa, Marta Pascual, Manuel Álvarez-Dolado, Angus C. Nairn, Víctor Borrell y Eduardo Soriano; "Specific contribution of Reelin expressed by Cajal–Retzius cells or GABAergic interneurons to cortical lamination."; PNAS.
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