Zwei Astrozyten-Typen mit eigenen Aufgaben im Mäusehirn

Astrozyten, sternförmige Stützzellen des Gehirns, bilden nicht eine einheitliche Zellsorte, sondern mindestens zwei Gruppen mit unterschiedlichen Aufgaben. Das berichtet ein Team um Junsung Woo und Michael R. Williamson in der Fachzeitschrift Nature. Bei Mäusen unterscheiden sich Astrozyten mit dem Oberflächenprotein CD51 von solchen ohne dieses Protein in Form, Physiologie und Entwicklung. Die Zellen mit CD51 fördern gezielt die Bildung von Synapsen im sich entwickelnden Kortex und die Plastizität von Schaltkreisen im Hippocampus.

Die Tiere erholten sich nach einem Schlaganfall besser, wenn CD51-positive Astrozyten aktiviert wurden. Der begutachtete Fachartikel erschien am 21. Oktober 2026. Er geht der Frage nach, ob die bekannte molekulare Vielfalt der Astrozyten tatsächlich spezialisierte Zellgruppen mit verschiedenen Funktionen widerspiegelt.

Astrozyten übernehmen im Gehirn viele Aufgaben. Eine Übersichtsarbeit nennt sie ein wichtiges Element für die Gesundheit des Zentralnervensystems und führt auf, dass sie Neurotransmitter beseitigen, Stoffwechselprodukte transportieren und Wachstumsfaktoren abgeben.

Eine Mauslinie, die beide Zelltypen getrennt sichtbar macht

Frühere Arbeiten derselben Gruppe hatten CD51 bereits als Oberflächenmarker identifiziert, mit dem sich Astrozyten mit besonderen molekularen Eigenschaften abgrenzen lassen. CD51 ist die αV-Untereinheit eines Integrins und wird vom Gen Itgav codiert. Das Team entwickelte nun eine Mauslinie mit dem Namen CD51-FLP, mit der sich CD51-positive Astrozyten im lebenden Gehirn gezielt ansteuern lassen.

Ein solches Werkzeug fehlte bisher. Es erlaubt den direkten Vergleich beider Zellgruppen in aktiven neuronalen Schaltkreisen. Die Forschenden begründen das so: Aus Einzelzell-Sequenzierdaten allein lasse sich nicht ableiten, ob Zellen verschiedene Funktionen haben, denn die Boten-RNA-Muster sagten physiologische Leistungen von Astrozyten nicht voraus.

Für die Versuche wurden Viren in Kortex oder Hippocampus der Mäuse injiziert. Die Tiere waren dabei vier Wochen alt, das Gewebe wurde mit acht Wochen untersucht. Die Viren brachten ein Gen für ein rot leuchtendes Protein ein, das entweder nur in CD51-positiven oder nur in CD51-negativen Astrozyten gebildet wurde. So konnten die beiden Gruppen unter dem Mikroskop verglichen werden. Zusätzlich isolierte das Team die Zellgruppen und analysierte ihre Genaktivität per RNA-Sequenzierung, die zwei klar verschiedene Profile ergab.

Außerdem setzte das Team DREADD-Rezeptoren ein, also gentechnisch veränderte Rezeptoren, die sich mit einem Wirkstoff gezielt anschalten lassen. Damit wurden entweder alle Astrozyten, nur CD51-positive oder nur CD51-negative aktiviert. Die Auswirkungen maßen sie unter anderem an Hirnschnitten, an der Zahl der Synapsen und in Gedächtnistests.

Befunde: Form, Entwicklung und Funktion unterscheiden sich

In Kortex und Hippocampus zeigten die beiden Zellgruppen unterschiedliche Formen. Im Kortex waren CD51-positive Astrozyten morphologisch komplexer als CD51-negative, im Hippocampus dagegen weniger komplex. Den Ursprung der Zellen verorten die Forschenden früh: CD51-positive Populationen erscheinen erstmals um den ersten Lebenstag herum in der ventrikulären und subventrikulären Zone. Ihre Entstehung hängt an einem Programm von Transkriptionsfaktoren; der Faktor NFIA reguliert die Entwicklung der CD51-positiven Zellen. Neuronale Aktivität änderte den Anteil CD51-positiver Zellen im Kortex dagegen nicht.

Funktionell zeigte sich eine klare Arbeitsteilung. Im sich entwickelnden Kortex fördern CD51-positive Astrozyten selektiv die Synapsenbildung. Als Mechanismus identifizierte das Team das Protein Glypican 6 (GPC6): Es ist in CD51-positiven Astrozyten angereichert, und diese Zellen nutzen es, um die Synapsenbildung im Kortex voranzutreiben.

Im Hippocampus von acht Wochen alten Mäusen zeigte sich ein anderer Weg. Hier treibt CD51 selbst die Plastizität des Schaltkreises an. Die Plastizität prüften die Forschenden mit der Langzeitpotenzierung (LTP), einem Maß für die Verstärkung synaptischer Verbindungen, das als Grundlage von Lernen und Gedächtnis gilt. Im ersten Versuch steigerte die Aktivierung aller Astrozyten, nur der CD51-positiven oder nur der CD51-negativen die LTP und die Gedächtnisleistung gleichermaßen. CD51-positive Zellen machen im Hippocampus aber nur etwa 15 bis 20 Prozent der Astrozyten aus. Aktivierte das Team deshalb nur etwa 20 Prozent der CD51-negativen Zellen, blieb die Wirkung aus. Die Autoren folgern, dass CD51-positive Astrozyten die Plastizität wirksamer fördern. Fiel dagegen Itgav in Astrozyten aus, nahm die basale synaptische Aktivität in CA1-Neuronen deutlich ab, und die Mäuse schnitten in Gedächtnistests schlechter ab.

Welche Partner CD51 im Hippocampus hat, untersuchte das Team ebenfalls. Es fand Wechselwirkungen mit NMDA-Rezeptoren (GRIN1), mit GABA-Transportern (SLC32A1), mit HCN1-Kanälen und mit SLC16A7, auch MCT2 genannt. Das passt nach Einschätzung der Autoren zu einer Rolle von CD51 in der Hippocampus-Schaltkreisfunktion.

Schließlich prüften die Forschenden den Fall einer Hirnverletzung. In einem Schlaganfallmodell im Kortex sammelten sich CD51-positive Astrozyten am Rand der Läsion. Mit einem FRET-basierten Test, dem Neuron-Astrozyten-Nähe-Assay (NAPA), maßen sie die Nähe zwischen Astrozyten und Synapsen. CD51-positive Astrozyten hatten im Gewebe um den Infarkt ein signifikant stärkeres Signal als CD51-negative. Wurden CD51-positive Astrozyten stimuliert, stieg die Zahl der erregenden und hemmenden Synapsen im Randgewebe, während die Stimulation CD51-negativer Zellen keine beobachtbaren Unterschiede in der Synapsenbildung brachte. Gefäßdichte, Neuronenzahl und die Marker GFAP und IBA1 unterschieden sich nicht. Die Autoren schließen daraus, dass die funktionelle Erholung auf stärkerem Synapsenumbau beruht, der die Schaltkreisfunktion besser wiederherstellt.

Einordnung

Dass Astrozyten vielfältig sind, ist seit Jahren bekannt. Neu ist der Funktionsnachweis im lebenden Gehirn. Einzelzell-Sequenzierungen haben mehrere mögliche Astrozyten-Untergruppen aufgespürt, was nahelegt, dass die vielen Aufgaben auf verschiedene Zellen verteilt sein könnten. Ob spezialisierte Astrozyten tatsächlich Teilaufgaben übernehmen, war bis zu dieser Arbeit kaum geklärt.

Eine Übersichtsarbeit von 2024 in der Zeitschrift Cells beschreibt Astrozyten als äußerst heterogen und stellt fest, dass sich die Zellen kaum auf nur zwei Typen reduzieren lassen. Gemeint ist die gängige Einteilung in neurotoxische A1- und neuroprotektive A2-Astrozyten. Die neue Arbeit liefert für die Unterscheidung nach CD51 funktionelle Daten zusätzlich zu Genaktivitätsprofilen.

Eine ältere Übersichtsarbeit von Caitlin Durkee und Alfonso Araque aus dem Jahr 2019 in Neuroscience stellte bereits fest, dass die Kommunikation zwischen Astrozyten und Neuronen kein breites, unspezifisches Zusammenspiel ist, sondern synapsen-, zell- und schaltkreisspezifisch abläuft. Die jetzt beschriebenen Unterschiede fügen sich dazu.

Die Autoren ordnen ihre Befunde vorsichtig ein: Astrozyten-Untergruppen hätten graduelle Funktionsunterschiede, und CD51-positive Zellen seien effizienter in der Wechselwirkung mit aktiven Schaltkreisen, im gesunden wie im geschädigten Gehirn. Anders als bei Nervenzellen gebe es für die Vielfalt der Astrozyten keine klar definierten physiologischen, molekularen und morphologischen Kriterien.

Wie belastbar ist das?

• Fachartikel in Nature mit Begutachtung: eingereicht im November 2025, angenommen am 17. September 2026.
• Alle gezeigten Befunde stammen aus Mäusen; die Gruppengrößen liegen je nach Versuch bei mehreren Tieren, bei der Formanalyse etwa bei 3 Tieren im Kortex und 4 im Hippocampus pro Gruppe. Daten zu Menschen enthält die Studie nicht.
• Das Schlaganfallmodell betraf den Kortex der Tiere, und die Erholung wurde durch Stimulation der CD51-positiven Zellen verbessert.
• Gefördert wurde die Arbeit von den US-amerikanischen National Institutes of Health, der American Heart Association und der David and Eula Wintermann Foundation. Nach eigener Angabe haben die Autoren keine Interessenkonflikte.
• Die Studie zeigt nicht, ob eine Stimulation CD51-positiver Astrozyten bei Menschen die Gedächtnisleistung oder die Erholung nach einem Schlaganfall verbessern würde.

Offene Fragen

Ungeklärt ist, ob die Funktionen CD51-positiver Astrozyten durch Umweltsignale geformt werden oder von Anfang an feststehen. Die Autoren sehen hier eine wichtige künftige Richtung; die Analyse einzelner Zellklone könnte weiteren Aufschluss geben.

Offen bleibt auch, ob die Eigenschaften der CD51-positiven Zellen in anderen Hirnregionen an bestimmte Schaltkreise gebunden sind. Möglich sei außerdem, dass weitere, funktionell verschiedene Astrozyten-Untergruppen durch Wechselwirkungen mit Gefäß- oder Immunzellen entstehen.

Weitere Quellen

• Übersichtsarbeit: Neurodegenerative Diseases: Unraveling the Heterogeneity of Astrocytes, Cells (2024). Quelle, abgerufen am 25.10.2026
• Übersichtsarbeit: Diversity and Specificity of Astrocyte-neuron Communication, Neuroscience (2019). Quelle, abgerufen am 25.10.2026

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