Zika-Virus, Hirnfehlbildungen und Mikrozephalie: Bereits frühere Studien über die Schädigung durch das Zika-Virus im Gehirn hatten auf die Neigung des Virus zu einer bestimmten Nervenzelle, der Astrozyten, hingewiesen. Allerdings haben nur wenige Studien versucht, die Auswirkungen der Infektion auf diese Zellen sowie deren Zusammenhang mit Entwicklungsveränderungen, einschließlich Hirnfehlbildungen und Mikrozephalie, zu identifizieren.
Kürzlich wurde in der Zeitschrift Scientific Reports ein weiterer Artikel veröffentlicht, in dem versucht wurde, die Virusreaktionen auf im Labor erzeugte Astrozyten zu entschlüsseln und sie mit denselben Zellen zu vergleichen, die im Hirngewebe von Tieren und Föten, die mit dem Zika-Virus infiziert sind, vorkommen.
Die Astrozyten sind durch ihre verzweigte Struktur und ihre große Häufigkeit im menschlichen Hirngewebe gekennzeichnet und wurden nach dem griechischen Wort für Sterne benannt. Diese neurale Konstellation, die unser souveränes Organ verwickelt, hat eine grundlegende Rolle für die kognitiven Funktionen, da sie die Neuronenzellen im Stoffwechsel 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 auswählt und es vor schädlichen Giftstoffen schützt.
Die vom D’Or Institute for Research and Education (IDOR) in Zusammenarbeit mit der Federal University of Rio de Janeiro (UFRJ) und anderen brasilianischen Institutionen durchgeführte Studie ergab, dass ein Teil der durch das Zika-Virus verursachten neuronalen Komplikationen mit seiner Schädigung von Astrozyten zusammenhängen könnte, was ebenfalls zur Entstehung von Hirnfehlbildungen beitragen würde.
Der Autor des Artikels war der Neurowissenschaftler Stevens Rehen, ein Forscher an der UFRJ und am IDOR, der bereits an mehreren anderen Studien im Zusammenhang mit Zika beteiligt war. Im jüngsten Artikel haben Rehen und sein Forscherteam die Veränderungen aufgedeckt, die diese Virusinfektion bei der Entwicklung von Nervenzellen verursacht, sowie deren Folgen für die Entwicklung des Gehirns.
Zu den Schäden, die das Virus diesen Zellen zufügt, gehören die Überlastung seiner Mitochondrien, DNA-Brüche und oxidativer Stress, wobei letzterer eine häufige Störung für vorzeitiges Altern, Krebs und neurodegenerative Erkrankungen darstellt.
Für die Studie haben die Wissenschaftler drei Zelltypen, die im menschlichen fötalen Gehirn vorhanden sind, getrennt voneinander erzeugt: Astrozyten, Neuronen und neurale Stammzellen. Bei einer Infektion mit dem Zika-Virus wurden die schwersten Schäden in Astrozyten nachgewiesen, deren für die Zellatmung verantwortliche Organellen – die Mitochondrien – begannen, übermäßig freie Radikale zu produzieren, was zu oxidativem Stress und Veränderungen ihrer Morphologie führte. Zusätzlich zu dem hohen Anteil an Zelltod zeigten viele überlebende Astrozyten nach der Infektion außerdem reduzierte und unregelmäßige Zellkerne.
Warum die durch das Zika-Virus verursachten Schäden in Astrozyten dauerhaft sein können
Um Doppelstrangbrüche 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 mutiert werden kann und auf das Vorhandensein einer integrierten DNA-Kopie verzichtet: die nicht-homologe Rekombination. Proliferierende Zellen können, wie neuronale Stammzellen, 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, wodurch die Wahrscheinlichkeit, dass in diesen Zellen dauerhafte Mutationen auftreten, erhöht wird, so die Wissenschaftlerin.
Im Rahmen der Forschung wurde auch Material hinsichtlich des Hirngewebes von Föten analysiert, die die Infektion nicht überlebt haben. Die Wissenschaftler haben größere Entzündungszeichen in fetalen Astrozyten identifiziert, was die Relevanz dieser Zellen für das Angriffsmuster des Virus bestätigt. Das gleiche Entzündungsprofil wurde in Tierstudien identifiziert: Mäuse, die mit dem Zika-Virus infiziert waren, zeigten im Vergleich zu Neuronen auch eine größere Anfälligkeit ihrer Astrozyten.
Auch Mikrogliazellen – die wie die Astrozyten für die Unterstützung der Neuronen verantwortlich sind – wurden während des Prozesses merklich infiziert. Diese Zellen haben nach Aussage von Karina Karmirian eine Immunfunktion im Gehirn und erreichten während der Experimente ein Entzündungsniveau, das dem der Astrozyten nahe kommt.
Die Neuronen selbst haben eine geringe Infektion, sind aber für eine gesunde Leistung auf die Kommunikation zwischen Astrozyten und Mikroglia angewiesen. Dies lässt vermuten, auf welche Weise 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 ihr Ungleichgewicht während der neuralen Entwicklung zu ernsthaften gesundheitlichen Auswirkungen während des gesamten Lebens beitragen dürfte.
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 könnten. Die Forscher erklären, dass aufgrund der noch nicht abgeschlossenen Langzeitstudien zu Zika noch weitere Untersuchungen erforderlich sind, um die Folgen der Infektion sowohl bei Kindern als auch bei Erwachsenen zu ermitteln, da nach der fortgesetzten Wirkung des Virus auf junge Astrozyten möglicherweise neurologische Probleme auftreten können.
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