Der im Zwischenhirn gelegene Hypothalamus ist eine der wichtigsten Schaltzentralen, von der aus verschiedene Körperfunktionen - vom Ess- bis Sexualverhalten - maßgeblich geregelt werden. Wiener Wissenschafter sind mit einem internationalen Forscherteam der komplexen Entwicklung der dortigen Zellen nachgegangen und haben eine Art Entwicklungslandkarte erstellt, die überraschende Einsichten bietet.

Die Forscher um Studienleiter Tibor Harkany vom Zentrum für Hirnforschung der Medizinischen Universität (MedUni) Wien haben in ihrer im Fachjournal "Nature" erschienenen Arbeit den Hypothalamus mit neuen Methoden untersucht, um die dortigen Zellen zu analysieren und zu unterscheiden. Ihr Ziel war es, herauszufinden, wie sich die vielen verschiedenen Zelltypen in dem Gehirnareal "in dem sich die Befehlszellen für die wichtigsten Hormonsysteme befinden" über die Zeit entwickeln, so Harkany in einer Aussendung der MedUni.

Obwohl der Hypothalamus recht klein ist, beherbergt er Millionen von Nervenzellen, die sich im Lauf des Lebens zu einem hochkomplexen Netzwerk verbinden. "Eine unserer größten Herausforderungen bestand darin, dass sich der Hypothalamus evolutionär so entwickelt hat, dass er seine vielen Zelltypen in einem sehr kleinen Hirnvolumen beherbergt und somit zweifellos den heterogensten und funktionell komplexesten Bereich des Gehirns darstellt", sagte Harkany.

Der Entwicklung von krankhaftem Übergewicht auf der Spur

Die sogenannten neuroendokrinen Kommando-Neuronen reagieren auf Reize von außerhalb, indem sie die Ausschüttung von Hormonen anregen, die im Körper dann etwa Reaktionen auf Stress auslösen, die Körpertemperatur und den Schlafrhythmus regulieren, aber auch das Ess- und Trinkverhalten und somit das Körpergewicht sowie das Sexualverhalten steuern. Die Forscher analysierten die Hypothalamus-Entwicklung anhand von Mäusen und setzten die Erkenntnisse in Bezug zu Studien, die sich mit Verbindungen zwischen genetischen Informationen und Erkrankungen beim Menschen beschäftigen.

Auf diesem Weg fanden sie mehrere sogenannte Transkriptionsfaktor-Netzwerke. Durch das Stören dieser Strukturen zeigten die Wissenschafter, dass diese in direktem Zusammenhang mit der Entwicklung von krankhaftem Übergewicht, von posttraumatischem Stress oder Schlafstörungen stehen. Die neue Arbeit erlaubt es überdies nachzuvollziehen, wann und wo die verschiedenen Nervenzellen (Neuronen) entstehen, wie ihre Entwicklung fortschreitet und wo sie letztlich ihren endgültigen Platz und ihre endgültige Funktion finden. Auf diesem Weg fand das Team auch gänzlich neue Nervenzell-Typen.

Zellen erstaunlich wandelbar

Wie erstaunlich wandelbar manche bekannten Zellen über die Zeit hinweg sind, zeigte sich beispielsweise anhand von Neuronen, die durch die Freisetzung des Neurotransmitters Dopamin die Ausschüttung des für die Fruchtbarkeit und Milchproduktion wichtigen Hormons Prolaktin in der Hirnanhangdrüse hemmen. Diese Art von Dopamin-Neuronen wechselte im Lauf der Entwicklung ihre Rolle und wurde zu einem anderen Nervenzell-Typ.

Dass im Hypothalamus offenbar veränderungsbereite Stammzellen auch lange nach der Geburt aktiv bleiben, könnte laut dem Forschungsteam zukünftig in der regenerativen Medizin genutzt werden. Auch wenn diese Fähigkeit vielleicht nur einige Zellen besitzen, sei denkbar, diese etwa bei Erkrankungen, wie der Narkolepsie so umzuprogrammieren, dass sie die ausgefallenen Zellen ersetzen, die die Krankheit verursachen.

"Der Nachweis dieser zahlreichen Zelltypen des Hypothalamus ist ein Durchbruch", da die Erkenntnisse insgesamt dabei helfen würden Hormon- oder Stoffwechselerkrankungen besser zu verstehen, so Harkany: "Wir erwarten in nicht allzu ferner Zukunft nichts weniger als die Entdeckung neuer Formen der Kommunikation zwischen dem Gehirn und dem Rest des Körpers, vielleicht sogar über noch unbekannte Hormone." (apa)