An international research team led by Professor Dr. Lucas Schirmer and Professor Dr. Julio Saez-Rodriguez from the Medical Faculties of Heidelberg University, in Mannheim and Heidelberg, has studied the different cell types in so-called subcortical lesions, tissue damage to deep brain structures, at different stages of multiple sclerosis (MS) and investigated how they communicate. In doing so, they have gained insights into the molecular mechanisms that influence the progression of this chronic disease. The work has been published in the journal Nature Neuroscience.

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Neue Erkenntnisse zu Zelltypen und deren Wechselwirkungen bei Multipler Sklerose

Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Professor Dr. Lucas Schirmer und Professor Dr. Julio Saez-Rodriguez von den Medizinischen Fakultäten der Universität Heidelberg, in Mannheim und Heidelberg, hat die verschiedenen Zelltypen in sogenannten subkortikalen Läsionen, Gewebeschädigungen tiefer Hirnstrukturen, in unterschiedlichen Stadien der Multiplen Sklerose (MS) untersucht und erforscht, wie diese kommunizieren. Dabei haben sie Einblicke in die molekularen Mechanismen gewonnen, die das Fortschreiten dieser chronischen Erkrankung beeinflussen. Die Arbeit ist in der Fachzeitschrift Nature Neuroscience veröffentlicht.

„Unsere Ergebnisse liefern wertvolle Daten über die zelluläre Zusammensetzung und die Wechselwirkungen zwischen diesen Zellen in bestimmten Gewebenischen, die einen Einfluss auf das Fortschreiten der Läsion bei der MS haben“, erklärt Professor Schirmer und ergänzt: „Mit diesem Wissen eröffnen sich neue therapeutische Ansätze, mit denen wir den Krankheitsverlauf verlangsamen können“.

Bei der Multiple Sklerose greift das Immunsystem das Nervengewebe an und verursacht bleibende Schäden. Dabei breitet sich die Krankheit fortschreitend immer weiter aus.  Es bilden sich multiple Läsionen in unterschiedlichen Regionen des Nervensystems, die zunächst entzündlich sind und im Laufe der Zeit in chronische, nicht mehr entzündliche Formen übergehen. Charakteristisch ist ein sogenanntes chronisch-aktives Zwischenstadium, in dem die Läsionen von einem entzündeten Rand umgeben sind, in dem sich oft Eisenablagerungen finden, die darauf hindeuten, dass Reparaturmechanismen fehlen.

Um die Zellen und Signalwege in den  geschädigten Bereichen genauer zu untersuchen, setzte das Team modernste räumliche und Einzelzellkern-Transkriptom-Techniken ein, begleitet von bioinformatischen Analysen.

Dabei fanden sie heraus, dass sich der Rand und das Zentrum der Läsionen substanziell in Bezug auf die Zellzusammensetzung unterschieden. So entdeckten sie etwa im Zentrum der Gewebeschäden einen besonderen Zelltyp von Astrozyten, Stützzellen des Nervensystems, die Zellfortsätze, sogenannte Zilien auf ihrer Oberfläche tragen. Im Rand der Läsionen wiederum zeigten sich Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Zelltypen, die zum Entstehen und Fortschreiten der Läsionen beitragen. Diese bieten mögliche Ansätze, wie Kommunikationsprozesse zwischen den Zellen gezielt beeinflusst werden könnten.

„Die Forschung zeigt eindrucksvoll, wie unterschiedlich die Zellumgebungen in verschiedenen Stadien der MS-Läsionen sind“, erklären die Erstautoren der Studie Celia Lerma Martin und Pau Badia i Mompel.

„Das tiefere Verständnis dieser Interaktionen wird uns helfen, gezielte Therapien zu entwickeln, die auf spezifische Zelltypen und ihre Kommunikation in bestimmten Gewebenischen abgestimmt sind“, ergänzt Professor Schirmer. Für die Analyse der großen Datensätze waren rechenintensive Methoden erforderlich. „Die Entwicklung und Anwendung komplexer bioinformatischer Skripte war entscheidend, um die großen Transkriptom-Datensätze auswerten zu können“, betont Professor Saez-Rodriguez.

Die Arbeit wurde in der Sektion Neuroimmunologie der Neurologischen Klinik der UMM unter der Leitung von Prof. Schirmer an der Medizinischen Fakultät Mannheim der Universität Heidelberg durchgeführt, in enger Zusammenarbeit mit dem Institute for Computational Biomedicine unter der Leitung von Prof. Saez-Rodriguez an der Medizinischen Fakultät Heidelberg. Es bestanden außerdem Kooperationen mit weiteren Arbeitsgruppen in Wien, Heidelberg und Mannheim.

Originalpublikation

Lerma-Martin, C., Badia-i-Mompel, P., Ramirez Flores, R.O. et al.
Cell type mapping reveals tissue niches and interactions in subcortical multiple sclerosis lesions.
Nat. Neurosci. (2024).
DOI: 10.1038/s41593-024-01796-z

Wissenschaftlicher Ansprechpartner

Univ.-Prof. Dr. med. Lucas Schirmer
Heisenberg-Professur für Translationale Neurobiologie
Leitung Sektion Neuroimmun6+ologie
Neurologische Klinik, Universitätsmedizin Mannheim
Medizinische Fakultät Mannheim der Universität Heidelberg
lucas.schirmer@medma.uni-heidelberg.de

Professor Saez-Rodriguez 
Institutsleiter Institute for Computational Biomedicine, Medizinische Fakultät Heidelberg der Universität Heidelberg
Gruppenleiter Saez-Rodriguez Group & Informatics for Life
pub.saez@uni-heidelberg.de

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