Ein internationale Forschungsteam unter Leitung des Leibniz-Instituts für Neurobiologie (LIN) in Magdeburg untersuchte acht Kinder, bei denen bislang keine eindeutige Ursache für ihre Entwicklungsstörungen gefunden worden war. Bei allen Kindern, die Entwicklungsverzögerungen oder Einschränkungen ihrer geistigen Entwicklung zeigten, entdeckten die Forschenden Veränderungen im Gen NPTN. Bei sieben dieser Kinder war Autismus diagnostiziert. Einige entwickelten zusätzlich eine Epilepsie, verloren bereits erworbene Sprachfähigkeiten oder zeigten Auffälligkeiten bei Bewegung und Schlaf. Besonders auffällig war: Bei allen Kindern entstand die Genveränderung spontan während der frühen Entwicklung, das heißt, sie wurde nicht von den Eltern vererbt.
Veränderungen im Gen NPTN stören Gehirnentwicklung
Bisher galt NPTN als Verdachtsgen. Wissenschaftler vermuteten einen Zusammenhang mit Erkrankungen, konnten diesen jedoch nicht belegen. Die neue Studie zeigt nun, dass Veränderungen dieses Gens tatsächlich eine Ursache für neurologische Entwicklungsstörungen und Autismus sein können. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass Neuroplastin eine wichtige Aufgabe im Gehirn erfüllt. Wenn dieses Protein verändert oder nicht in ausreichender Menge vorhanden ist, können Nervenzellen Signale nicht mehr richtig verarbeiten“, sagt Priv. Doz. Dr. rer. nat. habil. Dirk Montag vom LIN.
Das Gen NPTN enthält die Bauanleitung für das Protein Neuroplastin. Dieses Protein hilft Nervenzellen dabei, ihren Calcium-Haushalt zu regulieren. Calcium ist für die Kommunikation zwischen Nervenzellen entscheidend – darüber werden Signale weitergegeben und verarbeitet. Die Forschenden konnten zeigen, dass verändertes Neuroplastin diese Aufgabe nicht mehr zuverlässig erfüllt. Aufgrund der Veränderungen funktionieren bestimmte Calcium-Pumpen, die PMCA-Pumpen, schlechter. Diese Pumpen entfernen überschüssiges Calcium aus den Zellen. Bleibt Calcium länger aktiv als normal, kann die Signalverarbeitung in Nervenzellen gestört und die Entwicklung neuronaler Netzwerke beeinträchtigt werden.
Experimente bestätigen den Zusammenhang
Um die Auswirkungen der Genveränderungen besser zu verstehen, kombinierten die Forschenden genetische Analysen mit Experimenten in Zellkulturen und Tiermodellen. In den Nervenzellen beobachteten sie deutlich veränderte Calcium-Signale. Im Mausmodell führte bereits eine Halbierung der Neuroplastin-Menge dazu, dass fast die Hälfte der wichtigen Calcium-Pumpen im Gehirn fehlte. Mäuse mit weniger Neuroplastin zeigten ferner ein geringeres Interesse an Sozialverhalten. Experimente mit Fruchtfliegen bestätigten, dass Veränderungen im Neuroplastin die Funktion des Proteins beeinträchtigen. „Die Stärke dieser Studie liegt darin, dass wir klinische Beobachtungen direkt mit molekularen Mechanismen verbinden konnten“, so Dirk Montag.
Diagnostik verbessern
Die Ergebnisse schaffen Grundlagen, um ähnliche Fälle künftig besser genetisch zu erkennen. Für betroffene Familien kann eine bekannte genetische Ursache helfen, eine gesicherte Diagnose zu erhalten und den weiteren Krankheitsverlauf besser einzuschätzen. Zudem ist die Entdeckung für die weitere Forschung relevant. Die Forschenden wollen weiterhin untersuchen, wie sich die gestörten Calcium-Signalwege beeinflussen lassen und welche Rolle der Zeitpunkt möglicher Eingriffe spielt. Die Zahl der bislang bekannten acht Fälle ist zwar gering, doch die Studie liefert einen wichtigen Ausgangspunkt, um seltene Entwicklungsstörungen und ihre Ursachen besser zu verstehen.
Quelle: idw/LIN
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