Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Einblicke in ein komplexes Geschehen

13.07.2017

Die Blut-Hirn-Schranke ist eine einzigartige Barriere. Wissenschaftler der Universität Würzburg haben jetzt Details ihrer Entwicklung entschlüsselt. Dies bietet neue Chancen zur Modifikation und Regulation.

Die Blut-Hirn-Schranke ist ein wichtiger Schutzmechanismus: Als hochselektive physikalische Barriere verhindert sie, dass Krankheitserreger und Giftstoffe aus dem Blutkreislauf in das zentrale Nervensystem eindringen und dort verheerende Schäden verursachen können. Gleichzeitig bremst sie aber auch viele Medikamente aus – was die Behandlung von Krankheiten wie einem Schlaganfall, Hirntumoren oder Ödemen deutlich erschwert.


Verteilung von Endothelzellen (rot) und neuronalen Zellen (grün) im Gehirn der erwachsenen Maus.

Foto: AG Gessler

Zentrale Bausteine der Blut-Hirn-Schranke sind sogenannte Endothelzellen. Diese kleiden die Innenseite der Blutgefäße aus und blockieren mehr oder weniger den Austausch von Stoffen durch die Gefäßwand hindurch. Dabei ist Endothel nicht gleich Endothel. Denn obwohl sich alle Blutgefäße bestimmte Merkmale teilen, passt sich das Endothel spezifisch an die Bedürfnisse des zu versorgenden Organes an.

Ziemlich einzigartig in dieser Hinsicht ist das Blutgefäßsystem des zentralen Nervensystems. Die Blut-Hirn-Schranke unterscheidet sich deutlich von den durchlässigeren Gefäßsystemen in anderen Organen.

Blick auf die Genaktivität

Wie die Entwicklung der Blut-Hirn-Schranke abläuft und wie sich dieser Prozess möglicherweise steuern und beeinflussen lässt: Das haben Wissenschaftler des Biozentrums der Universität Würzburg in einer neuen Studie untersucht. Sie haben dafür einen Blick auf die Genaktivität embryonaler Endothelzellen des zentralen Nervensystems der Maus geworfen und mit den Aktivitätsmustern der Endothelien anderer Organe verglichen. Die Ergebnisse ihrer Arbeit haben sie in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Science Signaling veröffentlicht.

„Wir haben mit Hilfe der Hochdurchsatz-Sequenzierung und mit Vergleichen mit Endothelien aus anderen Geweben Faktoren identifiziert, die an der zeitlichen und räumlichen Entwicklung der Blut-Hirn-Schranke beteilig sind“, schildert Professor Manfred Gessler, Inhaber des Lehrstuhls für Entwicklungsbiochemie und Hauptautor der Studie, die Vorgehensweise der Wissenschaftler.

Dabei zeigten sich zwischen den verschiedenen Endothelien deutliche Unterschiede bei denjenigen Genen, die für Transportprozesse, Zelladhäsion und die extrazelluläre Matrix verantwortlich sind. Gleichzeitig konnten die Forscher eine Reihe von Transkriptionsfaktoren identifizieren, die mit der Entwicklung und Reifung der Blut-Hirn-Schranke assoziiert sind.

„Diese Transkriptionsfaktoren agieren dabei in Abhängigkeit von dem sogenannten Wnt-Signalweg, einem Signalweg, der für die Ausbildung eines funktionellen Gefäßsystems im zentralen Nervensystem unerlässlich ist“, erklärt Gessler. Gleichzeitig ließen die Ergebnisse jedoch den Schluss zu, dass der Wnt-Signalweg zwar die Reifung und Aufrechterhaltung der Blut-Hirn-Schranke vorantreibt, nicht aber die für das Gehirn spezifische Entwicklung der Blutgefäße in Gang setzt.

Überraschende Unterschiede zwischen einzelnen Zellen

Weil die Analyse der Endothelzellen eines gesamten Organs immer nur einen Mittelwert für die Expression einzelner Gene liefert und somit keine Rückschlüsse auf den Funktionszustand einzelner Zellen erlaubt, haben die Würzburger Biochemiker weitere Experimente durchgeführt. Bei der Untersuchung von sortierten Einzelzellen aus dem Gehirn stießen sie auf unerwartete hohe Unterschiede bei der Genexpression zwischen einzelnen Endothelzellen.

„Diese erhöhte Komplexität macht es natürlich umso schwieriger, die Prozesse zur Entwicklung der Blut-Hirn-Schranke im Detail zu verstehen“, sagt Gessler. Dennoch gelang es den Wissenschaftlern eine Korrelation in der Expression bestimmter Transkriptionsfaktoren mit der Reifung der Blut-Hirn-Schranke aufzuzeigen. Die Bedeutung dieser Gene konnte mit Hilfe von Zellkultur-Experimenten untermauert werden: Zwei der untersuchten Transkriptionsfaktoren induzierten in Endothelzellen aus menschlichen Nabelvenen die Produktion verschiedener Marker der Blut-Hirn-Schranke.

Grundlage für weitere Forschung

„Die nun in der Fachzeitschrift Science Signaling veröffentlichten Ergebnisse ermöglichen neue Einblicke in die zeitliche und zellulare Komplexität der Entwicklung der Blut-Hirn-Schranke, werfen aber auch eine Vielzahl von neuen Fragen auf“, schreiben die Wissenschaftler. Gleichzeitig bilde die Studie die Grundlage für weitere Forschungen zu zellulären und molekularen Mechanismen der Blutgefäßentwicklung im zentralen Nervensystem.

Darüber hinaus stellen die neu identifizierten Transkriptionsfaktoren ihrer Aussage nach potentielle Ziele zur Regulation und Manipulation der Blut-Hirn-Schranke dar und werden die Entwicklung von verbesserten Zellkulturmodellen der Blut-Hirn-Schranke ermöglichen.

Gene expression profiles of brain endothelial cells during embryonic development at bulk and single-cell levels. Mike Hupe, Minerva Xueting Li, Susanne Kneitz, Daria Davydova, Chika Yokota, Julianna Kele-Olovsson, Belma Hot, Jan M. Stenman, and Manfred Gessler. Sci. Signal. 11 Jul 2017. DOI: 10.1126/scisignal.aag2476

Kontakt

Prof. Dr. Manfred Gessler, Lehrstuhl für Entwicklungsbiochemie
T: +49 931 31-84159, gessler@biozentrum.uni-wuerzburg.de

Gunnar Bartsch | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterieller Untermieter macht Blattnahrung für Käfer verdaulich
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

nachricht Neues Werkzeug für gezielten Proteinabbau
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte