Zika-Virus, Hirnfehlbildungen und Mikrozephalie
Frühere Studien über die Schädigung des Gehirns durch das Zika-Virus hatten bereits auf die Neigung des Virus hingewiesen, eine bestimmte Nervenzelle, die Astrozyten, zu befallen.
Nur wenige Studien haben jedoch versucht, die Auswirkungen der Infektion auf diese Zellen und ihren Zusammenhang mit Entwicklungsstörungen, einschließlich Hirnfehlbildungen und Mikrozephalie, zu identifizieren.
In einem in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlichten Artikel wurde versucht, die Virusreaktion auf im Labor erzeugte Astrozyten zu entschlüsseln und mit den gleichen Zellen zu vergleichen, die im Hirngewebe von mit dem Zika-Virus infizierten Tieren und Föten vorkommen.
Astrozyten zeichnen sich durch ihre verzweigte Struktur und ihre große Häufigkeit im menschlichen Hirngewebe aus und wurden nach dem griechischen Wort für Sterne benannt. Diese neuronale Konstellation, die unser Gehirn umgibt, spielt eine grundlegende Rolle für die kognitiven Funktionen, da sie den Stoffwechsel der Nervenzellen unterstützt, an der Bildung von Synapsen beteiligt ist und auch die Blut-Hirn-Schranke bildet, eine Struktur, die den Eintritt von Substanzen in das Gehirn selektiert und es vor schädlichen Toxinen schützt.
Die Studie, die vom D’Or Institute for Research and Education (IDOR) in Zusammenarbeit mit der Bundesuniversität von Rio de Janeiro (UFRJ) und anderen brasilianischen Institutionen durchgeführt wurde, hat gezeigt, dass ein Teil der durch das Zika-Virus verursachten neuronalen Komplikationen mit der Schädigung der Astrozyten zusammenhängen könnte, was auch zur Entstehung von Hirnfehlbildungen beiträgt.
Autor des Artikels ist der Neurowissenschaftler Stevens Rehen, Forscher an der UFRJ und am IDOR, der bereits an mehreren anderen Studien zum Zika-Virus beteiligt war. Im jüngsten Artikel haben Rehen und sein Forscherteam die Veränderungen aufgezeigt, die diese Virusinfektion bei der Entwicklung von Nervenzellen hervorruft, sowie deren Auswirkungen auf die Entwicklung des Gehirns.
Zu den Schäden, die das Virus in diesen Zellen anrichtet, gehören eine Überlastung der Mitochondrien, DNA-Brüche und oxidativer Stress, eine häufige Ursache für vorzeitiges Altern, Krebs und neurodegenerative Erkrankungen.
Für die Studie haben die Wissenschaftler drei Zelltypen, die im menschlichen fötalen Gehirn vorkommen, getrennt erzeugt: Astrozyten, Neuronen und neurale Stammzellen. Bei einer Infektion mit dem Zika-Virus zeigten sich die schwerwiegendsten Schäden bei den Astrozyten, deren für die Zellatmung zuständige Organellen – die Mitochondrien – übermäßig freie Radikale produzierten, was zu oxidativem Stress und Veränderungen ihrer Morphologie führte.
- Neben einer hohen Zelltodrate wiesen viele überlebende Astrozyten nach der Infektion auch reduzierte und unregelmäßige Zellkerne auf.
Warum die durch das Zika-Virus verursachten Schäden in Astrozyten dauerhaft sein können
Um Doppelstrangbrüche in der DNA zu reparieren, gibt es im Wesentlichen zwei Arten der DNA-Reparatur: eine, die eine ganze DNA-Kopie als Vorlage verwendet – die homologe Rekombination – und einen schnelleren Reparaturmechanismus, der jedoch potenziell mutieren kann und auf die Existenz einer integrierten DNA-Kopie verzichtet: die nicht-homologe Rekombination.
- Proliferierende Zellen wie neuronale Stammzellen können beide Reparaturmechanismen nutzen, erklärt Helena Borges, Professorin an der UFRJ und eine der Forscherinnen der Studie.
Differenzierte Zellen wie Astrozyten haben jedoch eine geringere Chance auf homologe Rekombination, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass in diesen Zellen dauerhafte Mutationen auftreten, so die Wissenschaftlerin.
Im Rahmen der Untersuchungen wurde auch Material aus dem Hirngewebe von Föten analysiert, die die Infektion nicht überlebt hatten. Die Wissenschaftler stellten bei den fetalen Astrozyten stärkere Entzündungszeichen fest, was die Bedeutung dieser Zellen für das Angriffsmuster des Virus bestätigt. Dasselbe Entzündungsprofil wurde auch in Tierversuchen festgestellt: Mit dem Zika-Virus infizierte Mäuse zeigten ebenfalls eine erhöhte Anfälligkeit ihrer Astrozyten im Vergleich zu Neuronen.
Auch Mikrogliazellen, die wie die Astrozyten für die Unterstützung der Neuronen zuständig sind, wurden im Verlauf deutlich infiziert. Diese Zellen haben laut Karina Karmirian eine Immunfunktion im Gehirn und erreichten während der Experimente ein Entzündungsniveau, das dem der Astrozyten nahe kommt.
Die Neuronen selbst sind nur schwach infiziert, aber sie sind auf die Kommunikation zwischen Astrozyten und Mikroglia angewiesen, um gesund zu funktionieren. Dies lasse vermuten, wie auch Neuronen langfristig betroffen sein könnten, da Zika in diesen für ihre Funktion wichtigen Zellen wirkt, so die Forscherin.
Die Forschungsergebnisse aus Brasilien lassen die Wissenschaftler zu dem Schluss kommen, dass aufgrund der entscheidenden Rolle der Astrozyten für das Wachstum und die Funktion des Gehirns ein Ungleichgewicht während der neuronalen Entwicklung zu schwerwiegenden lebenslangen gesundheitlichen Folgen führen kann.
Dies betrifft nicht nur Hirnfehlbildungen wie Mikrozephalie, sondern möglicherweise auch andere neurologische Störungen, die sich unabhängig von offensichtlichen Fehlbildungen im Erwachsenenalter der Infizierten im Mutterleib manifestieren können.
Die Wissenschaftler weisen darauf hin, dass weitere Studien erforderlich sind, um die Folgen der Infektion sowohl bei Kindern als auch bei Erwachsenen zu bestimmen, da neurologische Probleme möglicherweise erst auftreten, nachdem das Virus auf junge Astrozyten eingewirkt hat.
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