Räumliche Genexpression und funktionelle Netzwerkveränderungen bei Multipler Sklerose: Erforschung biologischer Einflussfaktoren auf die funktionelle Umorganisation des Gehirns

Warum die Vernetzung des Gehirns bei Multipler Sklerose wichtig ist

Multiple Sklerose (MS) ist vor allem als eine Erkrankung bekannt, die Gehirn und Rückenmark schädigt. MRT-Aufnahmen haben jedoch etwas Feineres gezeigt: Während Gewebe verletzt wird, reorganisieren sich die Kommunikationsnetzwerke des Gehirns. Diese Studie stellt eine tiefere, für Patientinnen, Patienten und Angehörige bedeutsame Frage: Sind manche Gehirnregionen biologisch eher „darauf ausgelegt“, MS besser zu widerstehen oder sich besser anzupassen als andere? Indem die Forschenden Hirnscans von Hunderten Menschen mit MS mit detaillierten Karten der Genaktivität aus gesunden Spendergehirnen kombinierten, untersuchen sie, wie unsere zugrunde liegende Biologie beeinflusst, welche Netzwerk‑Hubs leiden, welche kompensieren und wie sich das auf kognitive Probleme bei MS bezieht.

Blick auf den ruhenden Hirnverkehr

Das Team untersuchte 558 Menschen mit MS und 214 gesunde Freiwillige, die alle im MRT gescannt wurden, während sie einfach mit geschlossenen Augen ruhten. Anstatt sich auf einzelne Stellen zu konzentrieren, analysierten sie, wie stark jede kleine Region der grauen Substanz mit allen anderen verbunden war – ein Maß, das als „Zentralität" bezeichnet wird und widerspiegelt, wie sehr eine Region als Verkehrsknoten fungiert. Diese Verbindungskarten verglichen sie dann zwischen Menschen mit MS und gesunden Freiwilligen sowie zwischen Untergruppen von MS: schubförmige vs. progressive Formen und erhaltene vs. beeinträchtigte Kognition. So entstand ein detailliertes Bild davon, welche Netzwerke zu überaktiven Hubs werden und welche mit dem Fortschreiten der MS leiser werden.

Gehirn‑Hubs, die Überstunden leisten

In der gesamten MS‑Gruppe zeigten Regionen des sogenannten Default‑Mode‑Netzwerks – Areale, die bei nach innen gerichteten Gedanken aktiv sind, wie der Precuneus und der orbitofrontale Kortex – eine höhere Zentralität als bei gesunden Freiwilligen. Dagegen wiesen Teile des Salienznetzwerks, das dem Gehirn beim Umschalten zwischen Aufgaben und bei der Verarbeitung wichtiger Ereignisse hilft, sowie Regionen des Kleinhirns, wichtig für Koordination und Timing, eine reduzierte Zentralität auf. Diese Verschiebungen waren bei Menschen mit progressiver MS noch ausgeprägter: Sie hatten besonders starke Default‑Mode‑ und kleinhirnige Hubs und schwächere Salienz‑ und tiefe graue Substanz‑Hubs. Kognitiv beeinträchtigte Patientinnen und Patienten zeigten ein ähnliches Muster, mit zusätzlichem Hub‑verhalten in Default‑Mode‑Bereichen und den erinnerungsrelevanten inneren Temporallappen, während einige motorische und tiefe Strukturen weniger vernetzt wurden.

Verborgene molekulare Muster hinter den Karten

Um zu verstehen, warum sich bestimmte Regionen so veränderten, griffen die Forschenden auf das Allen Human Brain Atlas zurück, eine umfangreiche Bibliothek der Genaktivität, gemessen in Tausenden winziger Gehirnproben gesunder Spender. Für jede Region, in der die Zentralität bei MS abwich, fragten sie: Welche Gene sind dort normalerweise stärker oder schwächer aktiv? Regionen, die bei MS übervernetzt wurden, zeigten eine Anreicherung für Gene, die mit der Beruhigung von Entzündungen, der Reparatur von Schäden und der Erhaltung der Gesundheit von Blutgefäßen und Neuronen verbunden sind. Bei progressiver MS stimmten die übervernetzten Hubs außerdem mit Genen überein, die an epigenetischer Kontrolle (wie die Umwelt die Genaktivität steuert) und mitochondrialer Energieproduktion beteiligt sind – ein Hinweis darauf, dass energiehungrige Hubs mit flexibler Gensteuerung langfristigen Belastungen besser standhalten können. Im Gegensatz dazu waren Regionen, die Zentralität verloren, etwa Teile des Salienznetzwerks und des Kleinhirns, mit Genen verknüpft, die die Empfindlichkeit gegenüber entzündungsfördernden Botenstoffen erhöhen und sie potenziell verwundbarer machen.

Anhaltspunkte für kognitive Probleme bei MS

Als das Team auf Patientinnen und Patienten mit messbarer kognitiver Beeinträchtigung fokussierte, zeigten sich erneut verstärkte hub‑ähnliche Aktivitäten in Default‑Mode‑Regionen und gedächtnisrelevanten Temporallappen. Diese Veränderungen korrelierten mit einer geringeren basalen Expression zweier Gene in gesunden Gehirnen. Das eine, DNASE1, hilft dabei, überschüssige DNA beim Zelltod und der Aufräumarbeit abzubauen; eine verringerte Aktivität könnte die effiziente Entfernung beschädigter Materialien behindern und anhaltende Entzündungen fördern. Das andere, CP, kodiert Ceruloplasmin, ein Schlüsselelement im Eisenstoffwechsel. Eine typischerweise geringere Expression dieses Gens in bestimmten Hubs könnte die lokale Eisenansammlung begrenzen und paradoxerweise etwas Schutz vor eisenbedingten Schäden bieten – dennoch wird das umgebende Netzwerk mit dem Fortschreiten der Erkrankung überlastet. Zusammen deuten diese Befunde darauf hin, dass die Fähigkeit von Regionen, Abfall und Metalle zu handhaben, beeinflusst, wie sie an der Umorganisation des Gehirns teilnehmen.

Was das für Menschen mit MS bedeutet

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Art und Weise, wie sich Gehirnnetzwerke bei MS umverdrahten, nicht zufällig ist: Sie wird teilweise durch das normale Muster der Genaktivität in verschiedenen Regionen geformt. Bereiche, die natürlicherweise reich an Genen sind, die Reparatur, Energieproduktion und Blut‑Gehirn‑Kommunikation unterstützen, können ihre Rolle als Hubs eher aufrechterhalten, selbst wenn Schäden zunehmen, während Regionen, die stark auf entzündliche Signale ausgelegt sind, Verbindungen verlieren und zu schwachen Gliedern werden. Für Menschen mit MS ändert dies derzeit noch nicht die Behandlung, aber es liefert eine Landkarte möglicher molekularer Ziele, die gefährdete Hubs schützen oder schädliche Netzwerküberlastung mindern könnten. Langfristig kann das Verständnis, wie Gene und Netzwerke interagieren, helfen zu erklären, warum manche Patientinnen und Patienten über Jahre hinweg resilient bleiben, während andere früher Behinderung und kognitive Probleme entwickeln, und könnte zu individuelleren Strategien beitragen, die Kommunikations‑Autobahnen des Gehirns funktionsfähig zu halten.

Zitation: Preziosa, P., Azzimonti, M., Storelli, L. et al. Spatial gene expression and functional network abnormalities in multiple sclerosis: exploring biological influence on brain functional reorganization. Transl Psychiatry 16, 137 (2026). https://doi.org/10.1038/s41398-026-03921-x

Schlüsselwörter: multiple Sklerose, Gehirnnetzwerke, Genexpression, funktionelles MRT, kognitive Beeinträchtigung