Gehirn: Zwei getrennte Vorläufersysteme statt eines - Stanford-Studie

Team um Kyle Loh zeigt in "Nature Neuroscience": Vorder- und Hinterhirn wachsen aus getrennten Vorläuferzellen – mit Folgen für die Erforschung von ALS und SMA.

Es gibt Annahmen, die so lange unwidersprochen bleiben, dass sie zur Selbstverständlichkeit werden. Das Gehirn, so lehrte es die Entwicklungsbiologie seit den 1950er-Jahren, wächst aus einer einzigen Sorte neuraler Vorläuferzellen heran; der niederländische Embryologe Pieter Nieuwkoop hatte dieses Modell 1952 formuliert.

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Ein Team um den Stanford-Entwicklungsbiologen Kyle Loh kommt zu einem anderen Ergebnis: Vorder- und Hinterhirn gehen aus zwei voneinander getrennten Vorläufersystemen hervor – aus zwei Bauplänen, die im Embryo nie zusammenlaufen.

Die Arbeit erschien am 18. September 2026 in Nature Neuroscience, beteiligt waren neben Stanford Medicine auch das California Institute of Technology und die University of California, San Francisco.

"Wir haben erstmals gezeigt, dass der vordere Teil des Gehirns aus einer völlig anderen Vorläuferzelle entsteht als der hintere Teil", sagt Loh in der Mitteilung von Stanford Medicine. Am fertigen Gehirn ändert das nichts – Vorder-, Mittel- und Hinterhirn arbeiten zusammen wie bisher. Neu ist die Herkunft.

Otx2 gegen Gbx2: zwei Gleise im Embryo

Die Weichen stellen sich früh, während der Gastrulation – ebenjener Phase, in der der Embryo überhaupt erst seine Grundform annimmt.

An 7,5 Tage alten Mausembryonen fanden die Forscher zwei Zellgruppen, die sich nicht überlappten. Zellen, in denen das Gen Otx2 aktiv war, wurden zu Vorder- und Mittelhirn. Zellen mit aktivem Gbx2 bildeten das Hinterhirn.

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Auch das Chromatin unterschied sich, also die Verpackung der DNA, die festlegt, welche Gene eine Zelle überhaupt ablesen kann.

Das vordere und das hintere neurale Ektoderm fahren damit auf parallelen Gleisen: Wer einmal auf dem Vorderhirn-Gleis unterwegs ist, wechselt nicht mehr auf das andere.

Warum Hinterhirn-Zellen im Labor bislang scheiterten

Genau daran dürfte die Zellzucht jahrelang gescheitert sein.

"Frühere Versuche, Neuronen des Hinterhirns zu erzeugen, zielten wahrscheinlich darauf ab, Vorläuferzellen des Vorder- und Mittelhirns in Hinterhirnzellen umzuwandeln", sagt Rayyan Jokhai, der die Arbeit gemeinsam mit Carolyn Dundes als Erstautor verantwortet. Nach den neuen Daten ist das nicht möglich.

Mit dem zweiten Bauplan im Blick gelang dem Team der Schritt: Aus menschlichen pluripotenten Stammzellen, die grundsätzlich jeden Zelltyp bilden können, entstanden motorische Neuronen des Hinterhirns – spezifisch für die Segmente Rhombomere 5 und 6.

Sie feuerten Aktionspotenziale und bildeten Proteine jener Abschnitte, die Gesichts- und Schluckmuskulatur steuern.

"Unsere Entdeckung bedeutet, dass wir nun Neuronen aus dem hinteren Teil des Gehirns [...] in einer Petrischale züchten und ihre Funktionen untersuchen können", so Loh.

Was das für ALS, SMA und Ozempic bedeutet

Der Hirnstamm steuert Atmung, Herzschlag, Schlaf, Hunger sowie die Bewegungen von Gesicht, Zunge und Rachen.

Bei der spinalen Muskelatrophie (SMA), einer der häufigsten genetischen Todesursachen bei Kindern unter einem Jahr, versagen bestimmte motorische Neuronen. Bei ALS, meist zwischen dem 40. und 70. Lebensjahr diagnostiziert, gehen ebenfalls Motoneuronen zugrunde: Betroffene können irgendwann nicht mehr schlucken, später versagt unter Umständen die Atmung.

Weil geeignetes Hinterhirngewebe fehlte, ließ sich das im Labor kaum nachvollziehen. Eine Therapie folgt aus den Zellkulturen noch nicht, wohl aber ein Untersuchungsmodell.

Auch die Abnehmmittel-Forschung berührt das Thema: Im Hinterhirn liegen Schaltkreise, die Hunger regulieren. Loh verweist auf eine Studie in Cell Metabolism, in der Mäuse unter Semaglutid – dem Wirkstoff von Ozempic – Appetit und Gewicht verloren. Zerstörte man die Hinterhirn-Neuronen, deren GLP-1-Rezeptoren das Medikament aktiviert, blieb der Effekt aus.

Ein Muster aus 550 Millionen Jahren

Hinweise auf die zwei Vorläufersysteme fanden die Forscher bei Menschen, Affen, Hühnern, Zebrafischen und Eichelwürmern, deren Linie sich vor rund 550 Millionen Jahren von unserer trennte.

Loh vermutet, die Evolution habe zwei ursprünglich getrennte Nervensysteme räumlich zusammengeführt – eine Modularität, die Experimente am Vorderhirn erlaubte, ohne Atmung und Herzschlag zu gefährden. Das ist ausdrücklich seine Deutung, kein experimenteller Befund.

Offen bleibt, ob es bei zwei Wegen bleibt. Woher das Kleinhirn stammt, ist ungeklärt; ob das Rückenmark aus einer anderen Quelle stammt, untersucht Lohs Team derzeit. Erste Ergebnisse erwartet er in einem bis zwei Jahren.