Das Salk-Team enthüllt Hinweise auf die frühe Entwicklung einer Autismus-Spektrum-Störung

Das Salk-Team enthüllt Hinweise auf die frühe Entwicklung einer Autismus-Spektrum-Störung

Neuronen von Menschen mit Autismus weisen unterschiedliche Wachstumsmuster auf und entwickeln sich schneller

LA JOLLA – Autismus-Spektrum-Störung (ASD) ist eine relativ häufige Entwicklungsstörung der Kommunikation und des Verhaltens, von der etwa 1 von 59 Kindern in den USA betroffen ist. Nach Angaben der Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten. Trotz ihrer Verbreitung ist immer noch unklar, was die Krankheit verursacht und wie sie am besten behandelt werden kann.

Forscher am Salk Institute verglichen Stammzellen von Personen mit ASD mit Stammzellen von Personen ohne ASD und entdeckten erstmals messbare Unterschiede in den Mustern und der Entwicklungsgeschwindigkeit der von ASD abgeleiteten Zellen.

Die Ergebnisse wurden am 7. Januar 2019 in der Zeitschrift veröffentlicht Nature Neuroscience, könnte zu diagnostischen Methoden führen, um ASD in einem frühen Stadium zu erkennen, in dem möglicherweise präventive Interventionen stattfinden könnten.

„Obwohl unsere Arbeit nur Zellen in Kulturen untersuchte, könnte sie uns helfen zu verstehen, wie frühe Veränderungen in der Genexpression zu einer veränderten Gehirnentwicklung bei Personen mit ASD führen könnten“, sagt Salk-Professor Rusty Gage, der leitende Autor der Studie und Präsident des Instituts. „Wir hoffen, dass diese Arbeit neue Wege zur Untersuchung neuropsychiatrischer und neurologischer Entwicklungsstörungen eröffnen wird.“

Für die Studie entnahmen die Forscher Hautzellen von acht Menschen mit ASD und fünf Menschen ohne ASD und wandelten sie in pluripotente Stammzellen um – Zellen, die die Fähigkeit haben, sich zu jedem Zelltyp zu entwickeln. Anschließend brachten sie die Stammzellen dazu, sich auf dem Weg zu Neuronen zu entwickeln, indem sie sie bestimmten chemischen Faktoren aussetzten.

Durch die Verwendung molekularer „Schnappschüsse“ aus verschiedenen Entwicklungsstadien der Stammzellen konnte das Team genetische Programme verfolgen, die in einer bestimmten Reihenfolge aktiviert wurden, während sich die Stammzellen zu Neuronen entwickelten. Dies zeigte wesentliche Unterschiede in den Zellen von Menschen mit ASD. Das Salk-Team beobachtete beispielsweise, dass das mit dem neuralen Stammzellstadium verbundene genetische Programm in den ASD-Zellen früher aktiviert wurde als in den Zellen von Zellen ohne ASD. Dieses genetische Programm umfasst viele Gene, die mit einem höheren Risiko für ASD in Verbindung gebracht werden. Darüber hinaus wuchsen die Neuronen, die sich schließlich bei den Menschen mit ASD entwickelten, schneller und hatten komplexere Verzweigungen als die der Kontrollgruppe.

„Derzeit wird die Hypothese aufgestellt, dass Anomalien in der frühen Gehirnentwicklung zu Autismus führen, aber der Übergang von einem sich normal entwickelnden Gehirn zu einer ASD-Diagnose ist fließend“, sagt Erstautor Simon Schafer, Postdoktorand im Gage-Labor. „Eine große Herausforderung auf diesem Gebiet bestand darin, die kritischen Entwicklungsperioden und die damit verbundenen zellulären Zustände zu bestimmen. Diese Forschung könnte eine Grundlage für die Entdeckung der gemeinsamen pathologischen Merkmale liefern, die während der ASD-Entwicklung auftreten.“

„Dies ist ein sehr aufregendes Ergebnis und ermutigt uns, unseren methodischen Rahmen weiter zu verfeinern, um unser Verständnis der frühen zellbiologischen Ereignisse zu verbessern, die dem Auftreten von Symptomen vorausgehen“, fügt Gage hinzu, der den Vi und John Adler-Lehrstuhl für Forschung innehat zu altersbedingten neurodegenerativen Erkrankungen. „Die Untersuchung der Systemdynamik könnte unsere Chance maximieren, relevante mechanistische Krankheitszustände zu erfassen.“

Die Forscher sagen, dass die Experimente in dieser Studie zu dynamischeren Ansätzen für die Untersuchung der Mechanismen führen werden, die an der Prädisposition und Progression von ASD beteiligt sind.

Als nächstes planen sie, sich auf die Schaffung von Gehirnorganoiden zu konzentrieren, dreidimensionale Modelle der Gehirnentwicklung in einer Schale, die es Wissenschaftlern ermöglichen, die Interaktionen zwischen verschiedenen Arten von Gehirnzellen zu untersuchen.

„Die aktuellen Diagnosemethoden sind meist subjektiv und erfolgen nach dem Auftreten von Verhaltensauffälligkeiten bei kleinen Kindern“, sagt Schafer. „Wir hoffen, dass diese Studien als Rahmen für die Entwicklung neuartiger Diagnoseansätze in einer frühen Phase der kindlichen Entwicklung – lange bevor sich Verhaltenssymptome manifestieren – dienen werden, um den größtmöglichen Einfluss auf Behandlung und Intervention zu haben.“

Weitere Forscher des Artikels waren Apua CM Paquola, Shani Stern, Monique Pena, Thomas JM Kuret, Marvin Liyanage, Abed AlFatah Mansour, Baptiste N. Jaeger, Maria C. Marchetto und Jerome Mertens von Salk; David Gosselin von der Université Laval in Quebec City, Kanada; Manching Ku der Universität Freiburg in Freiburg, Deutschland; und Christopher K. Glass von der University of California San Diego.

Diese Arbeit wurde finanziert von der James S. McDonnell Foundation, der G. Harold & Leila Y. Mathers Charitable Foundation, der JPB Foundation, der March of Dimes Foundation, den National Institutes of Health (NIH) mit den Zuschüssen MH095741 und MH090258, der Engman Foundation, Annette C . Merle-Smith, die Paul G. Allen Family Foundation und der Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust. Es wurde außerdem durch das NIH-Stipendium P30 014195, die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und die Chapman Foundation unterstützt.