Gentechnisch veränderter Mausembryo am 12. Tag der Entwicklung. Zellen, die das Tubb5-Protein bilden, fluoreszieren grün (besonders auffällig im Gehirn und Rückenmark).
Foto: © IMP

Ist die Gehirnentwicklung gestört, führt dies unter anderem zu einem krankhaft verkleinerten Kopf. Oder umgekehrt: Wenn Kinder mit dieser als Mikrozephalie bezeichneten Störung (dies betrifft eines von 10.000 Kindern) zur Welt kommen, liegt die Ursache in einer fehlerhaften Entwicklung des Gehirns. Die Betroffenen sind geistig schwer beeinträchtigt und ihre Lebenserwartung ist deutlich verringert. Auch bestimmte Fälle von Autismus und Schizophrenie werden mit der Regulation der Gehirngröße in Verbindung gebracht.

Neurobiologen am Wiener Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) haben nun eines der Schlüssel-Gene für die menschliche Gehirnentwicklung identifiziert. Mutationen dieses Gens führen zu schweren Entwicklungsstörungen. Einige bekannte Krankheitsbilder könnten damit erklärt werden. Die Arbeit “Mutations in the beta-tubulin Gene TUBB5 Cause Microcephaly with Structural Brain Abnormalities” erschien am 13. Dezember 2012 im Online-Journal “Cell Reports”.

Der australische Biologe David Keays, der am IMP eine Forschungsgruppe leitet, hat gemeinsam mit seinem Doktoranden Martin Breuss ein für Mikrozephalie verantwortliches Gen namens TUBB5 identifiziert. Es gehört einer Familie von Genen an, die Varianten des Proteins Tubulin produzieren. Aus Tubulin baut die Zelle ihr inneres Skelett auf, das sowohl bei Bewegungen als auch bei der Teilung von Zellen eine wichtige Rolle spielt.

In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Monash-Universität (Australien) konnten die IMP-Forscher im Gehirn ungeborener Mäuse gezielt die Funktion von TUBB5 stören. Dies führte zu Veränderungen im Stammzellen-Pool und beeinträchtigte die Wanderung der Nervenzellen. Beides – der ungehinderte Nachschub von Neuronen aus dem Stammzell-Reservoir und ihre korrekte Positionierung am Bestimmungsort in der Hirnrinde – sind wichtige Voraussetzungen für die Gehirnentwicklung.

Diese Vorgänge sind auch aus einem evolutionären Blickwinkel interessant. Die Anzahl der Nervenzellen relativ zum Körpergewicht und ihre Anordnung in einem stark gefalteten Großhirn korrelieren mit der Entwicklung von niederen Affen zu Primaten und schließlich zum Menschen. Gene, die entweder die Zahl oder die Wanderung der Neuronen beeinflussen, erlauben deshalb oft Rückschlüsse auf die genetischen Grundlagen dieser Evolution.

Um zu überprüfen, ob die an Mäusen gewonnenen Erkenntnisse auch auf den Menschen anwendbar sind, arbeitet David Keays mit Klinikern der Pariser Sorbonne zusammen. Das französische Team unter Jamel Chelly untersuchte 120 Patienten, deren Gehirnstruktur krankhaft verändert war und die unter starken Behinderungen litten. Bei drei betroffenen Kindern fanden sie ein mutiertes TUBB5-Gen. Für David Keays ist die Aufklärung der Funktion von TUBB5 eine wichtiger Schlüssel zum Verständnis der Gehirnentwicklung. Und er fügt hinzu: “Unsere Arbeit ist ein gutes Beispiel dafür, wie sich Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung an Tiermodellen auf die Humanmedizin übertragen lassen.”

Für die Mediziner ist ein solch ursächlicher Zusammenhang eine wertvolle Information. Sie können Eltern von schwer entwicklungsgestörten Kindern genetisch beraten und ihnen unter Umständen die Angst vor weiteren Schwangerschaften nehmen. Langfristig ist damit auch die Hoffnung verknüpft, eines Tages mit
gezielten Therapien helfen zu können. Die Ursachen des verminderten Gehirnwachstums können -neben einem Gendeekt- umweltbedingter Stress (zum Beispiel Alkoholmissbrauch, erhöhte radioaktive Strahlung) aber auch virale Infektionen (etwa eine Rötelnerkrankung in der Schwangerschaft) sein.

Das Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie betreibt in Wien biomedizinische Grundlagenforschung und wird dabei maßgeblich von Boehringer Ingelheim unterstützt. Mehr als 200 ForscherInnen aus über 30 Nationen widmen sich der Aufklärung grundlegender molekularer unellulärer Vorgänge, um komplexe biologische Phänomene im Detail zu verstehen und Krankheitsmechanismen zu entschlüsseln.

Bei einer Herzinsuffizienz (Herzschwäche) wird beispielsweise eine erhöhte Menge des Hormons BNP (B-Typ natriuretisches Peptid) freigesetzt. Vermehrt produziert unterstützt dieses Hormon die Herzarbeit: So scheiden einerseits die Nieren mehr Natrium und Flüssigkeit aus, andererseits weiten sich auch die Gefäße aus. Bekannt war der deutliche Zusammenhang zwischen der chronischen Herzinsuffizienz mit Appetitlosigkeit und starkem Gewichtsverlust, die Ursache dafür hingegen ist eine wichtige neue Erkenntnis.

Ein Team der MedUni Wien rund um Martin Clodi von der Klinischen Abteilung für Endokrinologie und Stoffwechsel konnte diese Frage nun beantworten. Verantwortlich ist das Hormon BNP, es hat eine direkt appetithemmende Wirkung. Auch den dahinter stehenden Mechanismus beschreibt die Studie, die soeben im international führenden Fachmagazin “Diabetes” erschienen ist.

Bisher war nur bekannt, dass es eine in beide Richtungen wirkende Verbindung zwischen Gehirn und Magen-Darm-Trakt gibt. Diese sogenannte “Gehirn-Bauch-Achse” ist unter anderem maßgeblich für die chronischen Erkrankungen Reizdarm und Reizmagen verantwortlich. “Die nun entdeckte Herz-Hirn-Bauch-Achse dient scheinbar ebenfalls dazu, mit dem Gehirn wichtige Informationen auszutauschen und wesentliche Körperfunktionen zu regulieren und im Falle der Herzinsuffizienz
offenbar die Herzleistung durch Gewichtsreduktion zu erleichtern. Das eröffnet interessante Perspektiven für neue Therapiekonzepte der chronischen Herzinsuffizienz und von Diabetes”, so Clodi.

Reines Vitamin C-Pulver wird in Apotheken und Drogerien angeboten

Aktuelle Studien zeigen eine höhere Lebenserwartung und stabilere Gesundheit durch eine bessere Vitaminversorgung: Vitamin-C-Mangel ist riskant für Herzkranke und ein Vitamin-B12-Mangel für das Gehirn. Davor haben koreanische Forscher auf dem jüngsten Kongress der American Heart Association (AHA) in Orlando (Florida/USA) gewarnt. Demnach können herzkranke Menschen ihren Zustand verschlimmern oder sogar eher sterben, wenn sie zu wenig Vitamin C bekommen.

Menschen mit Herzinsuffizienz könnten also durch eine verbesserte Vitamin-C-Versorgung ihre Lebenswerwartung und -Qualität erhöhen. Zudem hat eine aktuelle US-amerikanische Studie im Fachjournal Neurology erneut bestätigt, dass Vitamin B12 (Cobalmin) nicht nur den Hirnabbau sondern auch das Nachlassen geistiger Fähigkeiten bremst. Dank ausreichender B-Vitamin-Zufuhr könnten wir demnach unser Gehirn noch im Alter leistungsfähig erhalten.

In der aktuellen AHA-Studie wiesen 39 Prozent der 212 an Herzinsuffizienz leidenden Teilnehmer eine zu geringe Zufuhr an Vitamin C (Ascorbinsäure) auf. Es kam bei diesen eher zu Komplikationen und sie hatten ein doppelt so hohes Risiko, an ihrer ihrer Erkankung zu versterben, als Probanden mit einer guten Vitamin-C-Versorgung. Eine zu geringe Vitamin-C-Versorgung lässt einen Marker für Entzündungen und hohes Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen, das ultrasensitive C-reaktive Protein (hs-CRP), im Blut ansteigen. Hieraus schlossen die Forscher, dass eine angemessene Vitamin-C-Zufuhr einen niedrigeren hs-CRP-Spiegel zur Folge hat, welcher bei den Patienten wiederum zu einem längeren Leben ohne Herzprobleme führen könnte.

Hohe hs-CRP-Konzentrationen sind in der Vergangenheit bereits in Zusammenhang mit erhöhten Entzündungswerten im Körper gebracht worden. Eine Entzündung bzw. Schwellung der Arterien stellt einen Risikofaktor für kardiovaskulär bedingte Herzkrankheiten, Herzinfarkte, plötzliche Todesfälle, Schlaganfälle sowie periphere Arterienerkrankungen dar. Die “Physicians Health Study”, eine klinische Studie an 18.000 augenscheinlich gesunden Medizinern in den USA, zeigte als erste Untersuchung, dass erhöhte CRP-Werte mit einem dreifach erhöhten Herzinfarkt-Risiko in Verbindung stehen können.

Bereits vor etwa einem Jahr hatten britische Wissenschaftler eine Studie präsentiert, nach der eine Behandlung mit B-Vitaminen einschließlich Folsäure die Hirnschrumpfung bremsen kann. Nun zeigten Forscher aus Chicago, dass Vitamin B12 auch den Abbau geistiger Fähigkeiten verlangsamen kann. Dazu suchten sie bei 121 Personen über 65 Jahren erhöhte Blutkonzentrationen von Markern, die einen Vitamin-B12-Mangel anzeigen, unter anderem auch die Aminosäure Homocystein. Die Autoren der Studie setzten die Konzentrationen der Marker ins Verhältnis zur kognitiven Leistung der Probanden und bestimmten viereinhalb Jahre später das Gehirnvolumen mittels Magnetresonanztomografie (MRT). Das Ergebnis: Studienteilnehmer, bei denen die Werte für die Marker erhöht waren, schnitten in 17 Tests zur Messung der Hirnleistung deutlich schlechter ab als diejenigen mit normalem Vitamin-B12-Status.