Erste detaillierte Kartierung der Stressachse

Organe, Gewebe und Zellen der Stressachse liefern mögliche Ansatzpunkte für neue Medikamente

28. Januar 2021

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Psychiatrie und des Weizmann Institute of Science in Israel nutzten eine neue Technologie, um die sogenannte Stressachse zu untersuchen, die vom Gehirn bis zu den Nebennieren verläuft und die Stressantwort eines Organismus bildet. Noch nie wurde die gesamte Stressachse bis hin zur Funktion einzelner Gene auf Zellebene kartiert. Dabei entdeckten die Forscher zahlreiche Veränderungen in einzelnen Zellen, die auftreten, wenn chronischer Stress die Nebennieren immer wieder zur Ausschüttung des Stresshormons Cortisol veranlasst. Außerdem fanden sie eine neue Subpopulation von Zellen, die die Stressantwort unterstützt. Die Fülle an neuen Informationen und die Einblicke in die Mechanismen hinter der Stressachse könnten für die Behandlung einer Reihe stressbedingter Erkrankungen von Angst und Depression bis hin zu Diabetes relevant sein.

Einzelzell- (rechts) und Zellpopulationsanalyse (links).

Juan Pablo Lopez und sein Team nutzten eine Technik, mit der sie Unterschiede über alle Zelltypen hinweg in einem Gewebe identifizieren konnten. Das ist wie, wenn man die Früchte in einem Obstsalat direkt identifizieren kann, anstatt sie zu einem smoothie zu vermengen und sie anschließend anhand des Geschmacksmixes zu erkennen. Die Forscher kartierten erstmals die vollständige Stressachse und überprüften die Aktivitäten einzelner Zellen entlang der gesamten Strecke. Sie vermaßen 21.723 Zellen und verglichen die Ergebnisse zweier Gruppen von Mäusen: einer unbelasteten und einer, die chronischem Stress ausgesetzt war.

Das deutsch-israelische Team stellte fest, dass die Aktivierung von Genen in den Zellen und Geweben sich stark verändert. „Je weiter die Stressbotschaft von einem Organ zum nächsten wandert, desto stärker wird sie. Die deutlichsten Veränderungen fanden wir in den Nebennieren, hier waren 922 Gene unter Stress verändert“, erklärt Lopez.

Die beispiellose Technik ermöglichte es den Forschern, zum ersten Mal eine Subpopulation von Nebennierenzellen zu identifizieren, die möglicherweise eine entscheidende Rolle bei der Stressreaktion und -anpassung spielt. Das Team fand außerdem heraus, dass das Gen Abcb1b in Zellen der Nebennieren unter Stresssituationen verstärkt aktiviert wird. Dieses Gen könnte eine Rolle bei der Freisetzung von Cortisol spielen.

Sind die Erkenntnisse aus Mausmodellen relevant für den Menschen?

In Zusammenarbeit mit Forschern in Universitätskliniken in Großbritannien, Deutschland, der Schweiz und den USA konnte das Team zeigen, dass die Zellen in den Nebennieren von Patienten, die an einer starken Überaktivität der Stressachse leiden, ein ähnliches Bild wie die der Mäuse in der Gruppe mit chronischem Stress zeigen. Zudem steht das Gen Abcb1 auch in Verbindung mit depressiven Erkrankungen und Lopez und sein Team konnten nachweisen, dass verschiedene Varianten des Gens eine Rolle dabei spielen, wie die Nebennieren auf Stress reagieren.

Chronischer Stress kann jeden Teil des Körpers beeinträchtigen und ist für zahlreiche Erkrankungen relevant. Die meisten Studien zur Stressantwort konzentrieren sich auf chronische Stressmuster im Gehirn. "Die Ergebnisse dieser Studie liefern nicht nur mögliche neue Behandlungsansätze für verschiedenste Krankheiten, die durch chronischen Stress entstehen, sondern eröffnen auch neue Wege für die zukünftige Forschung", resümiert Alon Chen, Leiter des gemeinsamen neurobiologischen Labors von Max-Planck- und Weizmann-Institut.

Die drei Hauptkomponenten der Stressachse sind der Hypothalamus im Gehirn, die Hypophyse direkt neben dem Gehirn und die Nebennieren in der Nähe der Nieren. Letztere geben als letzte Komponente der Achse das Hormon Cortisol über das Blut an den Rest des Körpers ab, was typische Stressreaktionen wie Anspannung, Bluthochdruck oder Zittern in Gang setzt.

 

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