Studie identifiziert 254 genetische Varianten für subkortikale Hirnstrukturen

Unter der gewölbten Großhirnrinde des menschlichen Gehirns arbeiten kleinere Strukturen weitgehend unbeachtet. Diese subkortikalen Bereiche, auch als „tiefes Gehirn“ bezeichnet, sind entscheidend für Funktionen wie Aufmerksamkeit, Emotionen, motorische Steuerung und Lernen.

Sie spielen zudem bei zahlreichen neurologischen Erkrankungen eine Rolle. Frühere Forschung brachte Unterschiede im Volumen subkortikaler Strukturen mit verschiedenen Leiden in Verbindung, darunter Schizophrenie, Parkinson und ADHS.

Genetische Varianten und subkortikale Hirnstrukturen

Eine neue groß angelegte Studie zeigt nun, wie 254 genetische Varianten die Entwicklung bestimmter subkortikaler Strukturen beeinflussen können. Dadurch könnten wichtige Vorgänge im tiefen Gehirn mitgeprägt werden.

Dies könne helfen, die genetischen Ursprünge von Hirnerkrankungen besser zu verstehen, erklärt der Mitautor und Neurowissenschaftler Paul M. Thompson von der University of Southern California (USC).

„Von vielen Hirnerkrankungen ist bekannt, dass sie teilweise genetisch bedingt sind. Aus wissenschaftlicher Sicht wollen wir jedoch die konkreten Veränderungen im genetischen Code identifizieren, die sie verursachen“, sagt Thompson.

Die Untersuchung war eine wissenschaftliche Großleistung: Ein internationales Team aus 189 Forschenden wertete genetische Daten von 74.898 Teilnehmenden aus 19 Ländern aus. Zusätzlich analysierten sie MRT-Hirnscans, welche die Volumina subkortikaler Regionen wie Amygdala, Hirnstamm, Hippocampus, Putamen und Thalamus erfassten.

Möglich wurde dies teilweise durch das Konsortium Enhancing Neuro Imaging Genetics through Meta-Analysis (ENIGMA). Das internationale Projekt ist an der Keck School of Medicine der USC angesiedelt und bündelt Arbeiten von mehr als 1.000 Forschungslaboren in 45 Ländern.

„Indem wir diese Forschung auf der ganzen Welt durchführen, kommen wir dem näher, was als ‚die genetische Essenz der Menschheit‘ bezeichnet wurde“, sagt Thompson, leitender Forscher von ENIGMA.

GWAS-Analyse mit 74.898 Teilnehmenden

Das Team nutzte eine genomweite Assoziationsstudie, kurz GWAS. Diese Forschungsmethode untersucht Unterschiede in DNA-Sequenzen in den Genomen großer Personengruppen, um Marker für bestimmte Merkmale oder Krankheiten zu erkennen.

Wie die Autorinnen und Autoren berichten, identifizierte die Studie 254 genetische Varianten, die mit dem Volumen unterschiedlicher subkortikaler Regionen zusammenhängen. Sie erklären bis zu 10 Prozent der beobachteten Volumenunterschiede zwischen den Studienteilnehmenden.

Es handelte sich um „die bislang größte GWAS-Metaanalyse zu intrakraniellen und subkortikalen Hirnvolumina“, schreiben die Forschenden. Sie lieferte Erkenntnisse über die genetischen Grundlagen von Variationen des Hirnvolumens und damit verbundenen Erkrankungen.

Besonders bemerkenswert war, dass die Studie genetische Korrelationen zwischen acht subkortikalen Hirnvolumina und Parkinson sowie zwischen drei Hirnvolumina und ADHS feststellte.

Bedeutung für Parkinson und ADHS

Solche Informationen seien unverzichtbar, um bessere Behandlungen zu entwickeln, sagt Miguel Rentería, außerordentlicher Professor für computergestützte Neurogenomik am Queensland Institute of Medical Research.

„Es gibt überzeugende Belege dafür, dass ADHS und Parkinson eine biologische Grundlage haben. Diese Forschung ist ein notwendiger Schritt, um diese Erkrankungen zu verstehen und sie letztlich wirksamer behandeln zu können“, sagt Rentería, der leitende Forscher der neuen Studie.

„Unsere Ergebnisse legen nahe, dass genetische Einflüsse, die individuellen Unterschieden in der Hirnstruktur zugrunde liegen, grundlegend für das Verständnis der Ursachen hirnbezogener Erkrankungen sein könnten.“

Wie die Forschenden anmerken, hatten frühere Studien bereits Verbindungen zwischen bestimmten Erkrankungen und subkortikalen Strukturen aufgezeigt, etwa zwischen Parkinson und den Basalganglien.

Die neuen Ergebnisse legen jedoch eine weitere wichtige Ebene frei: Sie zeigen, wie genetische Varianten die Entwicklung zentraler Hirnstrukturen beeinflussen. Dies könnte wiederum zur Entstehung damit verbundener Erkrankungen beitragen.

Letzteres bleibe spekulativ, betonen die Forschenden. Weitere Untersuchungen seien nötig, um nachzuweisen, ob und auf welche Weise genetische Variationen tatsächlich für Hirnerkrankungen verantwortlich sein könnten. Dennoch liefere die neue Studie überzeugende Hinweise.

„Diese Arbeit zeigt erstmals genau, an welchen Stellen diese Gene im Gehirn wirken“, sagt Thompson.

Die Studie wurde in Nature Genetics veröffentlicht.