Beim Fragile-X-Syndrom (FXS), der häufigsten Ursache von Autismus, werden sensorische Signale von der Außenwelt anders integriert, was dazu führt, dass sie von kortikalen Pyramidenneuronen im Gehirn unterrepräsentiert sind. Das ist das Ergebnis einer neuen Studie eines Teams unter der Leitung von Roberto Araya, Professor für Neurowissenschaften an der Université de Montréal, einem Biophysiker und Forscher am UdeM-angegliederten CHU Sainte-Justine Research Centre.
Das vom Team beobachtete Phänomen könnte wichtige Hinweise auf die zugrunde liegende Ursache der FXS-Symptome liefern und gibt nicht nur Einblick in den Mechanismus auf zellulärer Ebene, sondern öffnet auch die Tür zu neuen Zielen für therapeutische Strategien.
Die Studie wurde am 3. Januar veröffentlicht Proceedings of the National Academy of Sciences.
Autismus ist durch eine Vielzahl von Symptomen gekennzeichnet, die auf Unterschiede in der Gehirnentwicklung zurückzuführen sein können. Mit fortschrittlichen Bildgebungswerkzeugen und der genetischen Manipulation von Neuronen war das Forscherteam der CHU Sainte-Justine in der Lage, die Funktionsweise einzelner Neuronen zu beobachten – insbesondere Pyramidenneuronen der kortikalen Schicht 5 – eines der wichtigsten Informationsausgabeneurone der Cortex, die dünne Gewebeschicht, die sich auf der Oberfläche des Gehirns befindet.
Die Forscher fanden einen Unterschied darin, wie sensorische Signale in diesen Neuronen verarbeitet werden.
„Frühere Arbeiten deuten darauf hin, dass FXS- und Autismus-Spektrum-Störungen durch einen übererregbaren Kortex gekennzeichnet sind, der als Hauptursache für die bei autistischen Personen beobachtete Überempfindlichkeit gegenüber sensorischen Reizen angesehen wird“, sagte Araya.
„Zu unserer Überraschung stellen unsere experimentellen Ergebnisse diese allgemeine Ansicht in Frage, dass es eine globale Überempfindlichkeit im Neokortex gibt, die mit FXS in Verbindung gebracht wird“, fügte seine UdeM-Kollegin Diana E. Michell, erste Co-Autorin der Studie, hinzu. „Sie zeigen, dass die Integration sensorischer Signale in kortikale Neuronen in einem murinen FXS-Modell unterrepräsentiert ist.“
Ein Protein namens FMRP, das im Gehirn von Menschen mit FXS fehlt, moduliert die Aktivität einer Art Kaliumkanal im Gehirn. Laut der Arbeit der Forschungsgruppe ist es das Fehlen dieses Proteins, das die Art und Weise verändert, wie sensorische Eingaben kombiniert werden, wodurch sie durch die Signale, die von den kortikalen Pyramidenneuronen im Gehirn kommen, unterrepräsentiert werden.
Soledad Miranda-Rottmann, ebenfalls erste Co-Autorin der Studie, versuchte mit genetischen und molekularbiologischen Techniken Abhilfe zu schaffen.
„Selbst in Abwesenheit des FMRP-Proteins, das mehrere Funktionen im Gehirn hat, konnten wir zeigen, wie die Repräsentation sensorischer Signale in kortikalen Neuronen wiederhergestellt werden kann, indem die Expression eines einzelnen Moleküls reduziert wird“, sagte sie.
„Diese Erkenntnis öffnet die Tür zu neuen Strategien, um Menschen mit FXS und möglicherweise anderen Autismus-Spektrum-Störungen dabei zu unterstützen, sensorische Signale von der Außenwelt auf der Ebene der Pyramidenneuronen im Kortex richtig wahrzunehmen“, schloss Araya.
„Selbst wenn die Überrepräsentation interner Gehirnsignale, die Hyperaktivität verursachen, nicht angesprochen wird, kann die korrekte Repräsentation sensorischer Signale ausreichen, um eine bessere Verarbeitung von Signalen aus der Außenwelt und ein Lernen zu ermöglichen, das besser für die Entscheidungsfindung und das Engagement in Aktion geeignet ist .“