Neue Entdeckung: Cortisol-Signalweg beendet frühe Gehirnplastizität

Das Rätsel der kritischen Phase: In den Monaten oder Jahren nach der Geburt öffnen sich kritische Fenster der Entwicklung, in denen das Gehirn einzigartig empfindlich auf externe sensorische Informationen reagiert. Mit dem Reifen des Organismus schließt diese erhöhte Plastizität durch Mechanismen, die historisch unklar blieben.

Astrozytärer Cortisol-Katalysator: Durch die Durchführung Rinde junger Mäuse stellten Forscher fest, dass die Exposition gegenüber Umgebungslicht die Nebennieren anregt, Corticosteron freizusetzen – das rodentische Analogon zirkulierende Hormon bindet selektiv an Glukokortikoidrezeptoren auf Astrozyten.

Perizelluläre Netz-Lockierung: Sobald der Cortisolrezeptor aktiviert ist, löst er innerhalb der Astrozyten eine Kaskade 100 Genen aus.

Was die Studie zeigt

Dieses Programm fördert die schnelle Reifung der extrazellulären Matrix um Neuronen herum und bildet starre physikalische Strukturen, die als perizelluläre Netze bezeichnet werden und den Austausch neuraler Verbindungen dauerhaft einschränken.

Wiedereinrichtung geschlossener Fenster: Bei im Dunkeln aufgezogenen Mäusen blieb der lichtinduzierte Aktivierungsweg aus, wodurch die Schließung der kritischen Phase verzögert wurde.

Bemerkenswerterweise öffneten sich die geschlossenen kritischen Phasen erneut, als Forscher den Glukokortikoidrezeptoren bei adulten Mäusen genetisch entzogen, wodurch die jugendliche Plastizität des Gehirns erfolgreich wiederhergestellt wurde.

Technik und Auswirkungen

Validierung der menschlichen Lebensspanne: Durch die Auswertung eines vorbestehenden Einzelschicht-Datensatzes des menschlichen Gehirns hat das Team der Harvard-Universität bestätigt, dass dieser identische Astrozytenweg während der menschlichen Kindheit entsteht und seine Aktivität im Teenageralter ihren Höhepunkt erreicht.

Klinische und altersbedingte Implikationen: Co-Seniorenautoren Dr. Michael Greenberg und Erstautor Dr.

Bruno Gegenhuber betonen, dass dieser Weg wahrscheinlich Lernen, Gedächtnis und zeitliche Anomalien beeinflusst, die mit neuroentwicklungsbedingten Störungen wie Autismus, Schizophrenie und bipolarer Störung zusammenhängen, da Cortisol über den Blutkreislauf global wirkt. Quelle: Harvard.

Was die Studie zeigt

Forscher haben eine neue Methode entdeckt, wie die Plastizität des Gehirns in der frühen Lebensphase gesteuert wird, und liefern damit Einblicke in das wenig verstandene Phänomen der Schließung kritischer Perioden.

In den Monaten oder Jahren nach der Geburt sind kritische Lernphasen im Gehirn offen, wodurch das Organ einzigartig empfindlich für Informationen aus der äußeren Welt ist. Erlebnisse in dieser Zeit können das Gehirn nachhaltig prägen, indem sie neuronale Verbindungen formen, die bis ins Erwachsenenalter bestehen bleiben.

Wenn sich ein Kind oder ein junges Tier entwickelt, endet diese Phase erhöhter Gehirnplastizität, da kritische Perioden durch noch weitgehend unklare Mechanismen schließt. Ein Mikroskopbild einer spezialisierten Gehirnzelle, eines Astrozyten. Quelle: Greenberg Lab, Harvard Medical School.

Was die Studie zeigt

Forscher haben nun an Mäusen gezeigt, dass das Stresshormon Cortisol eine Schlüsselrolle bei diesem Abklingen spielt. Durch eine Reihe Kaskade änderungen, die durch Cortisol ausgelöst wird und zum Schließen kritischer Perioden beiträgt.

Zudem analysierten sie einen bestehenden Datensatz, um festzustellen, dass derselbe Weg auch im menschlichen Gehirn vorhanden ist. Die Ergebnisse wurden am 20.

Mai in der Zeitschrift Nature veröffentlicht. „Wir glauben, einen Schlüsselmechanismus identifiziert zu haben, der die Schließung kritischer Phasen während der Entwicklung steuert", sagte Erstautor Bruno Gegenhuber, wissenschaftlicher Mitarbeiter für Neurobiologie im Labor der HMS.

Was die Studie zeigt

Greenberg, Nathan Marsh Pusey Professor für Neurobiologie an der HMS und leitender Autor der Studie, betonte, dass diese Forschung weitreichende Implikationen für das Verständnis der neuronalen Plastizität und Reifung haben könnte, einschließlich der Auswirkungen ühen Lebensphase auf das Gehirn.

Die Arbeit, die in Zusammenarbeit mit Forschern des Boston Children's Hospital durchgeführt wurde, könnte zudem die Erforschung verschiedener neuroentwicklungsbedingter und neuropsychiatrischer Störungen vorantreiben, die mit zeitlichen Problemen bei der Schließung kritischer Phasen verbunden sind.

Das Greenberg-Labor untersucht seit Jahrzehnten grundlegende Mechanismen der neuronalen Plastizität. Gegenhuber setzte diese Forschung fort, indem er Zellen im visuellen Bereich des Mausgehirns analysierte, und dabei etwas Unerwartetes entdeckte: Hinweise auf einen völlig neuen Weg der neuronalen Plastizität.

Was die Studie zeigt

Die Forscher untersuchten die visuelle Hirnrinde der Maus, um zu verstehen, wie frühe Lebenserfahrungen wie Seheindrücke die Reifung beeinflussen.

Sie führten eine Einzelzell-Sequenzierung aller Zelltypen in diesem Hirnareal bei einer Gruppe junger Mäuse durch, die normalen Lichtverhältnissen ausgesetzt waren, sowie bei einer Gruppe junger Mäuse, die in einer dunklen Umgebung aufgewachsen waren.

Sie stellten fest, dass bei den lichtexponierten Mäusen Corticosteron – das rodentische Analogon – abgegeben wird und selektiv Glukokortikoidrezeptoren auf Gehirnzellen, den Astrozyten, aktiviert und bindet.

Was die Studie zeigt

Diese sternförmigen Zellen gehören zu den ersten im Gehirn, die Informationen aus dem Blut aufnehmen, die sie auf vielfältige Weise zur Unterstützung seine Kollegen stellten fest, dass eine durch Licht ausgelöste Veränderung des Cortisolspiegels ein Programm 100 Genen in Astrozyten einleitet, und dieser Prozess fördert die Reifung der extrazellulären Matrix um Neuronen, einschließlich Strukturen, die als perineuronale Netze bezeichnet werden.

Diese Entdeckung liefert eine potenzielle Erklärung für frühere Beobachtungen, wonach die Reifung der extrazellulären Matrix – welche die Bildung und den Umsatz änkt – zur Schließung der kritischen Perioden beiträgt.

Bei im Dunkeln aufgezogenen Mäusen wurde der Signalweg nicht aktiviert, und die Schritte zur Schließung der kritischen Perioden traten nicht ein.

Was die Studie zeigt

Darüber hinaus zeigten die Forscher, dass sie bei erwachsenen Mäusen die Glukokortikoidrezeptoren entfernt hatten, Hinweise darauf, dass sich die während der früheren Entwicklung bereits geschlossenen kritischen Perioden wieder öffneten, was die Plastizität des Gehirns erhöhte.

Das Team analysierte daraufhin einen bereits existierenden Einzeller-Datensatz des menschlichen Gehirns und stellte fest, dass derselbe Signalweg während der menschlichen Kindheit entsteht und im Jugendalter seinen Höhepunkt erreicht.

Nun möchte das Team die mehr als 100 Gene im und charakterisieren, um zu verstehen, wie sie Neuronen und neuronale Schaltkreise im Gehirn während der Entwicklung beeinflussen. „Es ist, als wäre man ein Kind in einer Süßwarenladen, wenn es darum geht herauszufinden, was jedes Gen tut und wie es zum Schließen der kritischen Periode beiträgt", sagte Greenberg.

Technik und Auswirkungen

Die Forscher sind ebenfalls daran interessiert, zu untersuchen, wie frühkindliche Stressfaktoren, die den Cortisolspiegel erhöhen, die Plastizität der Maus-Gehirne über den. Auf der anderen Seite möchte Greenberg wissen, was mit dem Signalweg im Alter passiert.

Das Team möchte zudem erforschen, ob der Signalweg bei Menschen dieselbe Funktion erfüllt wie bei Mäusen.

Falls dies zutrifft, könnte die Untersuchung, wie kritische Perioden bei Mäusen schließen, Aufschluss darüber geben, warum diese Perioden beim Menschen manchmal vorzeitig enden oder zu lange offen bleiben, wie etwa bei Erkrankungen wie Autismus, Schizophrenie und bipolarer Störung.

Was die Studie zeigt

Die Aufklärung dieser Mechanismen könnte Wissenschaftern langfristig ermöglichen, das Öffnen und Schließen kritischer Perioden auf Weise zu manipulieren, die der menschlichen Gesundheit zugutekommt.

Obwohl sich die Forscher auf den visuellen Kortex konzentrierten, wies Greenberg darauf hin, dass Cortisol ein blutbasiertes Hormon ist, was bedeutet, dass es denselben Weg in anderen Gehirnregionen aktivieren könnte.

Sollte sich dies bestätigen, sagte er, könnte der vom Team entdeckte Weg eine Rolle bei der Entwicklung und Reifung weiterer Gehirnregionen spielen, einschließlich solcher, die für Lernen und Gedächtnis verantwortlich sind. „Dieser Weg ist sehr breit gefächert, daher denke ich, dass er für viele Aspekte der Gehirnentwicklung und Plastizität ßer Bedeutung sein wird", sagte Greenberg.

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Zusätzliche Autorinnen und Autoren der Publikation sind Takuma Sonoda, Lisa Traunmüller, Christopher P. Davis, Shon A. Koren, Eric C. Griffith und Chinfei Chen.

Finanzierung: Die Studie wurde finanziert durch das National Institutes of Health (R35NS143029, T32 NS007473, F32 NS112455), eine Harvard Neuroscience Louis Perry Jones Fellowship (F32 NS134623), eine EMBO-Postdoktoranden-Fellowship, eine Langzeit-Fellowship des Human Frontier Science Program, den William Randolph Hearst Fund, das Harvard Mahoney Neuroscience Institute sowie die NSF Graduate Research Fellowship.

Das Greenberg-Laboratorium wird zudem durch das Yang Tan Collective der Harvard University unterstützt, darunter das K. Lisa Yang Brain Body Center der Harvard University und das Tan Yang Autism Research Center der Harvard University.

Was die Studie zeigt

Beantwortete Schlüsselfragen: A: Durch das Erzwingen einer Verschlussbildung der Lücken zwischen Neuronen durch unterstützende Hirnzellen. Wenn externe Reize wie Licht die Ausschüttung ösen, bindet das Hormon an Rezeptoren auf Astrozyten und aktiviert ein Programm von über 100 Genen.

Diese Genkaskale verfestigt die Matrix um Neuronen in starre Netze, unterbindet die schnelle Bildung neuer Verbindungen und schließt das kritische Fenster. A: Ja, das Harvard-Team hat nachgewiesen, dass diese Umkehrung in Mausmodellen biologisch möglich ist.

Wenn Forscher Glukokortikoidrezeptoren bei vollständig ausgereiften adulten Mäusen gezielt entfernen, verschwinden die starren extrazellulären Verriegelungen, wodurch zuvor geschlossene kritische Perioden wieder öffnen und erfahrungsgetriebene Plastizität zurückkehren kann.

Was die Studie zeigt

A: Denn diese Zustände sind eng mit zeitlichen Störungen der Gehirnentwicklung verknüpft.

Wenn dieser hormonelle Signalweg im Blut beim Menschen genauso wirkt wie bei Mäusen, wird das Verständnis dafür Aufschluss darüber geben, warum kritische Lernphasen vorzeitig schließen oder zu lange offen bleiben, und der Wissenschaft ein Werkzeug an die Hand geben, um diese Fenster zu manipulieren, um die Gesundheit zu verbessern.

Herausgeberische Anmerkungen: Dieser Artikel wurde News bearbeitet. Zusätzliche Kontextinformationen wurden ügt.

Was die Studie zeigt

Über diese Neuigkeiten zur Forschung im Bereich der neurologischen Entwicklung und der neuronalen Plastizität Autorin: Katie Brace Quelle: Harvard Kontakt: Katie Brace – Harvard Bild: Das Bild wird dem Greenberg Lab zugeschrieben Originale Forschung: Open Access. „Astrocyte glucocorticoid receptor signalling restricts neuronal plasticity", Takuma Sonoda, Lisa Traunmüller, Christopher P.

Davis, Shon A. Koren, Eric C. Griffith, Chinfei Chen & Michael E. Greenberg. Nature DOI:10.1038/s41586-026-10512-9 Astrozytensignalisierung über Glukokortikoidrezeptoren begrenzt die neuronale Plastizität Sinneserfahrungen verfeinern neuronale Schaltkreise während kritischer Phasen der postnatalen Entwicklung.

Obwohl bekannt ist, dass neuronale Aktivität die Schaltkreisverdrahtung, die diesem Prozess zugrunde liegt, orchestriert, sind die Umweltreize, die die entwicklungsbedingte Plastizität einschränken, wenn Tiere ausreifen, weniger klar.

Hier untersuchen wir die erfahrungsabhängige Reifung

Hier untersuchen wir die erfahrungsabhängige Reifung der primären visuellen Rinde der Maus während der postnatalen Entwicklung mittels gepaarter Einzelzell-Transkriptomik und Chromatin-Zugänglichkeits-Sequenzierung.

Neben der Identifizierung der aktivitätsabhängigen Genprogramme, die in jedem kortikalen Zelltyp entstehen, zeigen wir, dass Lichtexposition die Astrozytenreifung durch zelltypspezifische Rekrutierung des Glukokortikoidrezeptors (kodiert durch Nr3c1) ins Chromatin antreibt.

Die Glukokortikoidrezeptor-Signalgebung in Astrozyten aktiviert ein umfangreiches Genregulationsprogramm, das teilweise im menschlichen Gehirnentwicklung konserviert ist und Reifungsprozesse fördert, die möglicherweise die Schließung des kritischen Zeitfensters regulieren.

Was die Studie zeigt

Insgesamt deuten diese Befunde darauf hin, dass die Astrozyten-Glukokortikoidrezeptor-Signalgebung die neuronale Plastizität einschränkt.

Die Regulation der Astrozytenreifung durch Glukokortikoide kann zudem zu den Auswirkungen ühen Lebensphase im gesamten Gehirn beitragen, und eine Störung dieses Prozesses kann die Anfälligkeit für neuropsychiatrische Erkrankungen erhöhen.