Eine kleine Gruppe von Gehirnzellen, die in einem Kreislauf verbunden sind, ist für die Auslösung von Ganzhirnanfällen bei einer seltenen Form von Epilepsie verantwortlich, die durch den Blutzuckerspiegel beeinflusst wird, legt eine Studie unter der Leitung von Forschern der UT Southwestern nahe. Der in Science Translational Medicine veröffentlichte Befund könnte zu neuen Behandlungen für andere Stoffwechselstörungen im Gehirn führen, sagten die Autoren.
„Es gibt weitreichende Auswirkungen auf andere Krankheiten, da dieser Schaltkreis an Demenz, Schizophrenie, Schlaf und Kognition beteiligt ist“, sagte Studienleiter Juan Pascual, MD, Ph.D., Professor für Neurologie, Pädiatrie, Physiologie und am Eugene McDermott Center für menschliches Wachstum und Entwicklung. „Unser Labor bewegt sich jetzt in Richtung Untersuchung dieser Implikationen.“
Dr. Pascual, der das Rare Brain Disorders Program leitet, sagte, dass er und seine Kollegen im Pascual-Labor am Peter O’Donnell Jr. Brain Institute der UTSW seit langem an einer Krankheit interessiert sind, die aufgrund ihrer ungewöhnlichen Eigenschaften als GLUT1-Mangelsyndrom bekannt ist. Diese Krankheit, die weltweit nur bei wenigen hundert Menschen diagnostiziert wird, wird durch einen angeborenen Mangel an einem Protein namens Glukosetransporter Typ 1 verursacht, das den Blutzucker in die Zellen bringt, um ihn als Brennstoff zu verwenden.
Personen mit GLUT1-Mangelsyndrom können ab den ersten Lebensmonaten täglich mehrere hundert „Abwesenheits“-Anfälle erleiden, die teilweise durch wenige Sekunden Unaufmerksamkeit gekennzeichnet sind. Patienten mit der Störung aus ganz Nordamerika und dem Rest der Welt suchen medizinische Versorgung bei UT Southwestern.
Der Blutzuckerspiegel kann die Anzahl der Anfälle bei Patienten erheblich beeinflussen, und therapeutische Diäten, die den Glukosespiegel erhöhen oder konstant halten, können die Menge erheblich reduzieren. Warum diese Anfälle von Glukosespiegeln beeinflusst werden, war unklar.
Um diese Frage zu beantworten, verfolgten Dr. Pascual und seine Kollegen den anatomischen Ursprung dieser Anfälle bei menschlichen Patienten. Eine Kombination aus Elektroenzephalographie (EEG), funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) und Positronen-Emissions-Tomographie (PET) zeigte, dass die Anfälle von einer relativ kleinen Region des Gehirns im Thalamus und im somatosensorischen Kortex ausgingen.
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Wenn der Blutzuckerspiegel sank, breitete sich eine anormale elektrische Aktivität in dem von diesen Bereichen gebildeten Schaltkreis im gesamten Gehirn aus. Seltsamerweise blieben die Patienten bei Bewusstsein und in der Lage, kognitive Tests durchzuführen, während die Anfälle auftraten, obwohl EEGs eine rasende Anfallsaktivität im ganzen Gehirn zeigten.
Anhand eines Mausmodells des GLUT1-Mangelsyndroms zeigten die Forscher, dass die metabolischen Nebenprodukte von Glukose – darunter Neurotransmitter und andere für eine normale Gehirnfunktion notwendige Chemikalien – im Gehirn der Tiere weitgehend in normalen Konzentrationen blieben. Die elektrische Aktivität wurde jedoch in Gehirnzellen, die für die Hemmung oder Verlangsamung der neuralen Aktivität verantwortlich sind, fehlreguliert, was dazu führte, dass sie viel seltener als gewöhnlich feuerten, wodurch das unkontrollierte Feuern anderer verbundener Erregungszellen ermöglicht wurde. Als die Forscher diesen Tieren ein Anti-Anfall-Medikament namens Perampanel gaben, nahmen ihre Anfälle deutlich ab.
Dr. Pascual schlug vor, dass diese Ergebnisse auf eine neue Behandlung für diese ungewöhnliche Art von Epilepsie hindeuten könnten, sowie gegen eine seit langem bestehende Vorstellung argumentieren, dass eine normale Funktion von Zellen im Thalamus- und Cortex-Kreislauf für das Bewusstsein notwendig ist.
Diese Ergebnisse widerlegen jahrzehntelange Spekulationen über die Rolle des Gehirns im Bewusstsein. Dies war jedoch nicht völlig unerwartet, da das Bewusstsein eher eine Eigenschaft von Personen als von Gehirnen ist.“
Juan Pascual, Professor, Neurologie, Pädiatrie, Physiologie, UT Southwestern Medical Center
Andere UTSW-Forscher, die an der Studie mitgewirkt haben, sind Karthik Rajasekaran, Qian Ma, Levi B. Good, Gauri Kathote, Vikram Jakkamsetti, Peiying Liu, Adrian Avila, Sharon Primeaux, Isaac Marin-Valencia, Deepa Sirsi und Hanzhang Lu.
Dr. Pascual ist Inhaber der Ed and Sue Rose Distinguished Professur für Neurologie und der Once Upon a Time Foundation Professur für pädiatrische neurologische Erkrankungen.
Quelle:
UT Southwestern Medical Center
Referenz:
Rajasekaran, K., et al. (2022) Metabolische Modulation von synaptischem Versagen und thalamokortikaler Hypersynchronisation mit erhaltenem Bewusstsein bei Glut1-Mangel. Wissenschaft Translationale Medizin. doi.org/10.1126/scitranslmed.abn2956.
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