Studie des Human Brain Project bietet Einblicke in die Organisation von Neurotransmitter-Rezeptoren
Forscher:innen des Human Brain Projects (HBP) haben in einer umfassenden Studie die Verteilung von Rezeptoren im Gehirn detailliert untersucht. Mithilfe von Autoradiographie untersuchten sie die Dichte von 14 Neurotransmitter-Rezeptortypen in der Makakenrinde. Die in Nature Neuroscience veröffentlichten Ergebnisse bieten neue Erkenntnisse zur Gehirnkonnektivität und -dynamik. (Quelle: Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM) – Aktuelle Pressemitteilungen)
Eine zentrale Herausforderung in den Neurowissenschaften besteht darin, zu verstehen, wie sich das Gehirn an eine sich verändernde Welt anpassen kann, selbst bei einer relativ statischen Anatomie. Die Art und Weise, wie die Hirnareale strukturell und funktionell miteinander verbunden sind – ihre Konnektivität – ist eine Schlüsselkomponente. Um seine Dynamik und Funktionen zu erklären, müssen wir ein weiteres Teil des Puzzles hinzufügen: Rezeptoren. Nun haben Forscher des Human Brain Project (HBP) vom Forschungszentrum Jülich (Deutschland) aus dem Helmholtz-Forschungsbereich Information und der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (Deutschland) in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der University of Bristol (UK), der New York University (USA), des Child Mind Institute (USA) und der Universität Paris Cité (Frankreich) unser Verständnis über die Verteilung von Rezeptoren im Gehirn vertieft.
Die Ergebnisse wurden in Nature Neuroscience veröffentlicht und die Daten sind nun für die neurowissenschaftliche Gemeinschaft über die EBRAINS-Infrastruktur des HBP frei zugänglich.
Das HBP-Team verwendete Autoradiographie, um die Dichte von Rezeptoren für Neurotransmitter auf sehr dünnen in vitro Gehirnschnitten zu analysieren. Sie haben die Dichte von 14 Neurotransmitter-Rezeptortypen in 109 Bereichen der Makakenrinde gemessen und diese Daten mit mehreren strukturellen Parametern in Neuroimaging-Templates integriert.
Neurotransmitter-Rezeptoren
Rezeptoren sind Schlüsselmoleküle bei der Signalübertragung im Gehirn. Innerhalb eines Neurons erfolgt die Informationsübertragung über elektrische Signale entlang des Axons. Aber zur Informationsübertragung zwischen Neuronen wird meistens die Freisetzung von Molekülen namens Neurotransmittern in den extrazellulären Raum und deren Bindung an Rezeptoren am Zielneuron benötigt.
Die HBP-Forscher haben einen primären und einen sekundären Gradienten der Rezeptorexpression pro Neuron entdeckt. Mit anderen Worten: Sie kartierten die Rezeptordichten über den Cortex und konnten zwei Hauptanordnungen identifizieren, die Licht auf die Verbindungen zwischen molekularer und neuronaler Organisation des Cortex werfen. „Diese beiden Hauptachsen der Rezeptororganisation im Makakencortex stimmen mit zwei verschiedenen funktionellen Systemen überein, nämlich den sensorisch-kognitiven und den externen-internen Kognitionsnetzwerken. Dies ist das erste Mal, dass eine solche Assoziation beschrieben wurde“, erklärt Nicola Palomero-Gallagher, Forscherin am Forschungszentrum Jülich und leitende Autorin des Artikels.
Integrierte Karten
In ihrer Studie integrierten die Forscher die neuen Daten über Neurotransmitter-Rezeptoren mit mehreren Schichten anatomischer und funktioneller Daten auf einen gemeinsamen kortikalen Raum innerhalb der kortikalen Oberfläche von Yerkes19, einer häufig verwendeten nicht-menschlichen Primatenvorlage. Bisher hatten nur wenige Studien in vitro Anatomie und in vivo Bildgebung des Makakengehirns integriert. Das Erstellen von öffentlich zugänglichen Karten der Rezeptorexpression über den Cortex, die Neuroimaging-Daten integrieren, wie es vom HBP-Team durchgeführt wurde, könnte die Übersetzung über die Spezies beschleunigen.
„Es wird der neurowissenschaftlichen Gemeinschaft frei zur Verfügung gestellt, damit es von anderen Computerneurowissenschaftlern verwendet werden kann, die bestrebt sind, andere biologisch informierte Modelle zu erstellen“, sagt Palomero-Gallagher. Ein Teil der für diese Studie generierten Daten wurde bereits in ein Computermodell implementiert, das zeigt, wie Dopamin Informationen in das frontoparietale Arbeitsgedächtnisnetzwerk einspeist.
Text von Helen Mendes
Die Original-Pressemitteilung finden Sie unter:
Studie des Human Brain Project bietet Einblicke in die Organisation von Neurotransmitter-Rezeptoren
Die Originalpublikation finden Sie unter (Open Access):
Gradients of neurotransmitter receptor expression in the macaque cortex; Sean Froudist-Walsh, Ting Xu, Meiqi Niu, Lucija Rapan, Ling Zhao, Daniel S. Margulies, Karl Zilles, Xiao-Jing Wang, Nicola Palomero-Gallagher. Nature Neuroscience. 19 June 2023. DOI: 10.1038/s41593-023-01351-2
Verortung im Helmholtz-Forschungsbereich Information:
Helmholtz Research Field Information, Programm 2: Natural, Artificial and Cognitive Information Processing, Topic 5: Decoding Brain Organization and Dysfunction
Kontakt:
apl-.Prof. Dr. rer. nat. Nicola Palomero-Gallagher
Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM)
Strukturelle und funktionelle Organisation des Gehirns (INM-1)
Forschungszentrum Jülich
Tel.: +49 2461/61-4790
E-Mail: n.palomero-gallagher@fz-juelich.de
