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Zur Anatomie der Atmung

Europäische Wissenschaftler untersuchten Fehlfunktionen der Atemzentren im Gehirn als Ursache von Atmungsstörungen. Durch Identifizierung der molekularen Ursachen solcher Atmungsstörungen soll der Weg für künftige Interventionsstrategien freigemacht werden.
Zur Anatomie der Atmung
Das zentrale Hypoventilationssyndrom (congenital central hypoventilation syndrome, CCHS) ist eine angeborene Krankheit bei Neugeborenen, die im Schlaf zu Atemstillstand führt. Obwohl diese Atemstörungen selten sind, verursachen sie viel Leid bei betroffenen Familien. Die Ätiologie ist noch weitgehend unbekannt, da der Zugang zu neuronalen Populationen, die die Atmung im Hirnstamm kontrollieren, und damit auch deren Analyse schwierig ist.

Zunehmend wird vermutet, dass bei angeborenen Atmungsstörungen die neuronale Steuerung der Atmung nicht funktioniert. Bestimmte Hirnareale sind für die Messung von Sauerstoff und Kohlendioxid in der Peripherie und die Weiterleitung dieser Signale zuständig und ermöglichen damit das Ein- und Ausatmen. Eine Klärung der Ursachen für CCHS ist daher nur möglich, wenn die Entwicklung und Funktion dieser Atemzentren im Detail erforscht ist.

Schwerpunkt des EU-finanzierten Projekts "Function of the transcription factors Olig3 and Lbx1 in brainstem respiratory nuclei" (OLIG3-LBX1 BREATHING) war daher die Rolle bestimmter Transkriptionsfaktoren in der Embryonalphase, wenn die Atemzentren entstehen. Das Konsortium untersuchte Olig3, einen Transkriptionsfaktor in Vorläuferzellen des dorsalen Hirnstamms, sowie Lbx1, einen weiteren Transkriptionsfaktor, der in einem Kern des Hinterhirns exprimiert wird, der die Atmung reguliert.

Olig3-mutante Mäuse präsentierten kurz nach der Geburt eine Zyanose, obwohl ihr Atemmuster relativ unverändert war. Allerdings reift die Atmung bei Olig3-Mutanten nicht aus und die Mäuse hypoventilieren. Anatomisch gesehen liegt hier ein fehlendes Sauerstofferfassungszentrum zugrunde, was die Bedeutung des Respirationstrakts in der frühen Entwicklung belegt. Ähnliche Beobachtungen wurden mit Mäusen gemacht, denen ein weiterer kritischer Transkriptionsfaktor fehlt - TLX3.

In Genanalysen an CCHS-Patienten identifizierte das Konsortium eine Mutation in einem neuen Gen. So wurden transgene Mäuse mit der gleichen Mutation generiert, an denen eine langsamere und flachere Atmung beobachtet wurde. Anatomische Untersuchungen dieser Mäuse ergaben, dass ihnen ein Atemzentrum fehlte, sodass sie keine Kohlendioxidwerte spüren oder darauf reagieren konnten.

Insgesamt belegen die Ergebnisse die wichtige Rolle dieser Transkriptionsfaktoren bei der Entwicklung der Atemzentren im Hirnstamm. Die Erkenntnis, dass Mutationen in diesen Transkriptionsfaktoren zu CCHS führen, könnte die Basis für künftige Forschungs- und Interventionsstudien sein.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Atemzentren, Atmungsstörungen, angeborenes zentrales Hypoventilationssyndrom, Hirnstamm
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