Forscher am Karolinska Institutet haben neue Erkenntnisse über die Mechanismen hinter dem Autismus-Spektrum-Störung (ASD) gewonnen. Die kürzlich in Cell Reports veröffentlichte Studie untersucht, wie Veränderungen in der Dopamin (DA)-Neurotransmission im Gehirn zu den Verhaltenssymptomen von Autismus beitragen.
Autismus wird anhand von Verhaltensweisen diagnostiziert, die bei Individuen stark variieren und oft mit anderen Erkrankungen überlappen, was eine genaue Diagnose herausfordernd macht. Die Studie konzentriert sich auf ein Mausmodell von ASD mit erhöhten Werten des eukaryotischen Initiationsfaktors 4E (eIF4E), einem Protein, das eine entscheidende Rolle im Prozess der Übersetzung genetischer Informationen in Proteine spielt.
"Unsere Studie zeigt, dass Mäuse mit einem Autismus-Risiko-Gen, eIF4E, eine reduzierte Dopaminfreisetzung aufweisen, ein chemischer Botenstoff (oder Neurotransmitter), der wichtig für Motivation, Lernen und Bewegung ist," sagt Emanuela Santini, Hauptforscherin am Institut für Neurowissenschaften und letzte Autorin des Artikels.
Unter Verwendung modernster Techniken wie Optogenetik, die Licht verwendet, um spezifische Gehirnschaltungen zu steuern, verfolgten die Forscher das Problem auf eine reduzierte Aktivierung der nikotinischen Rezeptoren durch Acetylcholin, einen weiteren Neurotransmitter, der für die Entscheidungsfindung wichtig ist.
Die Studie hilft zu erklären, wie die neurobiologischen Grundlagen für Verhaltensunflexibilität, eine häufige Herausforderung bei Autismus. Das Verständnis, wie Gehirnschaltungen und neuronale Kommunikation im Autismus verändert sind, ist entscheidend.
"Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Basalganglien -- ein Gehirnschaltkreis, der adaptives Verhalten und motorische Funktionen reguliert -- bei Autismus betroffen ist, mit Störungen in der Zusammenarbeit von Dopamin und Acetylcholin," sagt Santini.
Diese Ergebnisse bieten Einblicke in die Gehirnmechanismen hinter der Verhaltensunflexibilität bei Autismus, was potenziell zukünftige diagnostische Ansätze unterstützen könnte.
Die Forscher verwendeten einen umfassenden Ansatz, der Genetik, Verhaltensanalyse, synaptische Physiologie und Bildgebungstechniken kombiniert. Sie maßen die Dopaminfreisetzung in Mäusen mit einer Mutation im eIF4E-Gen, das wichtig für die Herstellung neuer Proteine ist. Mutationen in diesem Gen wurden mit Autismus bei Patienten in Verbindung gebracht. Diese Mäuse zeigen autismusähnliche Verhaltensweisen, wie Schwierigkeiten bei der Anpassung an Veränderungen, repetitive Handlungen und soziale Herausforderungen, was sie zu einem wertvollen Modell für die Untersuchung von Autismus macht.
"Wir haben Optogenetik verwendet, um zu verstehen, warum die Dopaminfreisetzung bei ASD-Mäusen reduziert war. Wir aktivierten Dopamin- oder Acetylcholinneuronen und fanden heraus, dass die durch Acetylcholin-Neuronen ausgelöste Dopaminfreisetzung reduziert war," erklärt Anders Borgkvist, Hauptforscher am selben Institut und Mitautor der Studie.
Das Team verwendete dann bildgebende Verfahren, um die Acetylcholinspiegel und den Calciumeinstrom zu messen. Calcium ist für die Freisetzung von Neurotransmittern unerlässlich. Bei den eIF4E-Mäusen war die Bindung von Acetylcholin an Dopamin-Axone beeinträchtigt, was zu einem geringeren Calciumeinstrom führte. Eine Erhöhung des Calciums stellte die Dopaminfreisetzung wieder her, was zeigt, dass das Problem in der Funktion der nikotinischen Rezeptoren liegt.
"Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Verhaltensunflexibilität bei Autismus aus Defiziten in der Kommunikation zwischen Dopamin und Acetylcholin in den Basalganglien resultiert. Wir werden weiterhin untersuchen, wie sich dies auf andere Teile des Gehirns auswirkt," sagt Borgkvist.
"Dies verbessert nicht nur unser Verständnis von ASD, sondern ebnet auch den Weg für innovative therapeutische Ansätze, die das Leben der von der Störung Betroffenen erheblich verbessern könnten," fügt Santini hinzu.