Zellatlas des menschlichen Hypothalamus
Eine hochauflösende räumliche Karte des menschlichen Hypothalamus, veröffentlicht in der renommierten Fachzeitschrift Nature, ermöglicht es, spezifische Zellen zu identifizieren, ihre genaue Position zu bestimmen und ihre Nachbarzellen zu analysieren. Der von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Stoffwechselforschung in Köln und des Institute of Metabolic Science-Metabolic Research Laboratories (IMS-MRL) der University of Cambridge entwickelte Zellatlas mit dem Namen HYPOMAP wird der Wissenschaft zur Verfügung gestellt und könnte die Entwicklung neuer Medikamente gegen Fettleibigkeit und Diabetes revolutionieren.
Published: 05.02.2025
Eine hochauflösende räumliche Karte des menschlichen Hypothalamus, veröffentlicht in der renommierten Fachzeitschrift Nature, ermöglicht es, spezifische Zellen zu identifizieren, ihre genaue Position zu bestimmen und ihre Nachbarzellen zu analysieren. Der von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Stoffwechselforschung in Köln und des Institute of Metabolic Science-Metabolic Research Laboratories (IMS-MRL) der University of Cambridge entwickelte Zellatlas mit dem Namen HYPOMAP wird der Wissenschaft zur Verfügung gestellt und könnte die Entwicklung neuer Medikamente gegen Fettleibigkeit und Diabetes revolutionieren.
Der Hypothalamus ist eine zentrale Region im Gehirn, die lebenswichtige Funktionen wie Schlaf, Körpertemperatur, Hunger und Durst steuert. Da das menschliche Gehirn schwer zu untersuchen ist, beruhen viele Erkenntnisse über den Hypothalamus auf Studien an Mäusen und bilden die Grundlage für die Erforschung von Medikamenten gegen Fettleibigkeit. „Wir wissen, dass sogenannte GLP-1-Agonisten wie Semaglutid beim Menschen helfen, aber um besser zu verstehen, wie sie genau wirken und möglicherweise Nebenwirkungen zu reduzieren, müssen wir den menschlichen Hypothalamus besser kennen lernen“, erklärt Lukas Steuernagel, einer der Autoren der Studie.
Durch die Kombination eigener Daten mit Informationen aus dem Human Cell Atlas analysierten die Forschenden insgesamt elf menschliche Gehirne. Sie erstellten eine detaillierte Karte des Hypothalamus, die auf Einzelzellebene zeigt, wo sich jede Zelle befindet und welche Gene in ihr exprimiert sind. Mit Hilfe von HYPOMAP konnten sie mehr über die Neuronen und Schaltkreise erfahren, die Appetit und Nahrungsaufnahme regulieren, und Zellen identifizieren, die auf neue Klassen von Medikamenten gegen Diabetes und Fettleibigkeit ansprechen.
Hypothalamus
Hypothalamus/-/hypothalamus
Der Hypothalamus gilt als das Zentrum des autonomen Nervensystems, er steuert also viele motivationale Zustände und kontrolliert vegetative Aspekte wie Hunger, Durst oder Sexualverhalten. Als endokrine Drüse (die – im Gegensatz zu einer exokrinen Drüse – ihre Hormone ohne Ausführungsgang direkt ins Blut abgibt) produziert er zahlreiche Hormone, die teilweise die Hypophyse hemmen oder anregen, ihrerseits Hormone ins Blut abzugeben. In dieser Funktion spielt er auch bei der Reaktion auf Schmerz eine wichtige Rolle und ist in die Schmerzmodulation involviert.
Gen
Gen/-/gene
Informationseinheit auf der DNA. Den Kernbestandteil eines Gens übersetzen darauf spezialisierte Enzyme in so genannte Ribonukleinsäure (RNA). Während manche Ribonukleinsäuren selbst wichtige Funktionen in der Zelle ausführen, geben andere die Reihenfolge vor, in der die Zelle einzelne Aminosäuren zu einem bestimmten Protein zusammenbauen soll. Das Gen liefert also den Code für dieses Protein. Zusätzlich gehören zu einem Gen noch regulatorische Elemente auf der DNA, die sicherstellen, dass das Gen genau dann abgelesen wird, wenn die Zelle oder der Organismus dessen Produkt auch wirklich benötigen.
Neuron
Neuron/-/neuron
Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.
Vergleich des Gehirns von Maus und Mensch
Ein Vergleich mit einem Zellatlas der Maus zeigt, dass der Hypothalamus von Menschen und Maus Ähnlichkeiten, aber auch wichtige Unterschiede aufweist. So besitzen einige Nervenzellen der Maus Rezeptoren für GLP-1, die beim Menschen fehlen. „Unsere Karte des menschlichen Hypothalamus ist entscheidend für die Grundlagenforschung. Wir können jetzt gezielt die Nervenzellen im Gehirn der Maus untersuchen, die auch im Menschen vorkommen“, erklärt Jens C. Brüning, Direktor am Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung.
Giles Yeo, ein weiterer Leiter der Studie, betont: "HYPOMAP bestätigt, was wir über die wichtige Rolle des Gehirns bei der Kontrolle des Körpergewichts wussten, und hat es uns außerdem ermöglicht, neue Gene zu identifizieren, die mit Fettleibigkeit in Verbindung stehen.“
Der Zellatlas wird der Forschungsgemeinschaft zur Verfügung gestellt und stellt eine wertvolle Ressource für die Arzneimittelentwicklung und weitere Studien dar.
„Dies ist ein großer Meilenstein, aber wir haben noch einen langen Weg vor uns. Der Atlas selbst ist von großem Wert, aber die entscheidenden nächsten Schritte sind, zu verstehen, wie sich der Hypothalamus bei über- und untergewichtigen Menschen verändert“, sagte John A. Tadross, einer der leitenden Wissenschaftler des IMS-MRL an der Universität Cambridge. "Dieses Wissen könnte unser Verständnis von metabolischer Gesundheit verändern und uns helfen, Therapien wirksamer auszurichten.
Hypothalamus
Hypothalamus/-/hypothalamus
Der Hypothalamus gilt als das Zentrum des autonomen Nervensystems, er steuert also viele motivationale Zustände und kontrolliert vegetative Aspekte wie Hunger, Durst oder Sexualverhalten. Als endokrine Drüse (die – im Gegensatz zu einer exokrinen Drüse – ihre Hormone ohne Ausführungsgang direkt ins Blut abgibt) produziert er zahlreiche Hormone, die teilweise die Hypophyse hemmen oder anregen, ihrerseits Hormone ins Blut abzugeben. In dieser Funktion spielt er auch bei der Reaktion auf Schmerz eine wichtige Rolle und ist in die Schmerzmodulation involviert.
Neuron
Neuron/-/neuron
Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.
Rezeptor
Rezeptor/-/receptor
Signalempfänger in der Zellmembran. Chemisch gesehen ein Protein, das dafür verantwortlich ist, dass eine Zelle ein externes Signal mit einer bestimmten Reaktion beantwortet. Das externe Signal kann beispielsweise ein chemischer Botenstoff (Transmitter) sein, den eine aktivierte Nervenzelle in den synaptischen Spalt entlässt. Ein Rezeptor in der Membran der nachgeschalteten Zelle erkennt das Signal und sorgt dafür, dass diese Zelle ebenfalls aktiviert wird. Rezeptoren sind sowohl spezifisch für die Signalsubstanzen, auf die sie reagieren, als auch in Bezug auf die Antwortprozesse, die sie auslösen.
Gen
Gen/-/gene
Informationseinheit auf der DNA. Den Kernbestandteil eines Gens übersetzen darauf spezialisierte Enzyme in so genannte Ribonukleinsäure (RNA). Während manche Ribonukleinsäuren selbst wichtige Funktionen in der Zelle ausführen, geben andere die Reihenfolge vor, in der die Zelle einzelne Aminosäuren zu einem bestimmten Protein zusammenbauen soll. Das Gen liefert also den Code für dieses Protein. Zusätzlich gehören zu einem Gen noch regulatorische Elemente auf der DNA, die sicherstellen, dass das Gen genau dann abgelesen wird, wenn die Zelle oder der Organismus dessen Produkt auch wirklich benötigen.
Originalpublikation
John A. Tadross, Lukas Steuernagel, Georgina K.C. Dowsett, Katherine A. Kentistou, Sofia Lundh, Marta Porniece, Paul Klemm, Kara Rainbow, Henning Hvid, Katarzyna Kania, Joseph Polex-Wolf, Lotte Bjerre Knudsen, Charles Pyke, John R. B. Perry, Brian Y.H. Lam, Jens C. Brüning, Giles S.H. Yeo; HYPOMAP: A comprehensive spatio-cellular map of the human hypothalamus; Nature
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