MS-Gehirne beherbergen seneszente Radialgliazellen, die schwelende Entzündungen antreiben

Progressive Multiple Sklerose (PMS) ist durch eine unaufhaltsame Neurodegeneration gekennzeichnet, die von einem schwelenden Entzündungsprozess angetrieben wird, den aktuelle Therapien nur unzureichend bekämpfen. Das Verständnis der zellulären und epigenetischen Treiber dieser chronischen Entzündung ist entscheidend für die Entwicklung neuer Behandlungen. Diese Studie verfolgt einen einzigartig integrierten Ansatz, der Epigenomik, Bulk- und Einzelzell-Transkriptomik, räumliche Transkriptomik sowie funktionelle Zellbiologie kombiniert, um die PMS-Pathologie in bisher unerreichter Auflösung zu analysieren.

Das Team programmierte hautstämmige Fibroblasten von PMS-Patienten und gesunden Kontrollpersonen mithilfe eines Protokolls, das speziell zur Bewahrung des epigenetischen Gedächtnisses entwickelt wurde, direkt in induzierte neurale Stammzellen (iNSCs) um – im Gegensatz zur iPSC-Reprogrammierung, die altersbedingte Methylierungsmarker löscht. Die Ganzgenom-Bisulfit-Sequenzierung (WGBS) der parentalen Fibroblasten und der zugehörigen iNSC-Linien identifizierte ein PMS-spezifisches Muster der DNA-Hypomethylierung an Genen, die den Lipidstoffwechsel und die Interferon (IFN)-Signalgebung regulieren. Dies weist darauf hin, dass die entzündliche Prädisposition in Patientenzellen epigenetisch kodiert ist – noch vor der Reprogrammierung – und in den abgeleiteten iNSCs zuverlässig erhalten bleibt.

Die Bulk-RNA-Sequenzierung bestätigte eine ausgeprägte transkriptionelle Hochregulation von Seneszenz- und IFN-Signalwegen in PMS-iNSCs, wobei zu den wichtigsten differenziell exprimierten Genen ISG15, IFIT1, IFIT2, OASL und SERPINE1 zählen. Die Analyse genregulatorischer Netzwerke identifizierte IRF2 als zentralen Knotenpunkt, der mit CDKN2A, CDKN1C, IRF1 und CGAS interagiert und zelluläre Seneszenz mit der angeborenen Immunaktivierung verknüpft. Experimentelle Validierungen zeigten, dass PMS-iNSCs verkürzte Telomere, erhöhte SA-β-Galaktosidase-Aktivität, verminderte Proliferation sowie erhöhte Proteinspiegel von p16Ink4a, p21 und GDF15 aufwiesen. Entscheidend ist, dass die Behandlung mit dem Senolytikum ABT-263 (Navitoclax) diese Seneszenzmarker umkehrte und die parakrine Seneszenzinduktion in ko-kultivierten gesunden Kontrollzellen blockierte – was eine kausale und therapeutisch angreifbare Rolle seneszenter Zellen bei der Aufrechterhaltung des Entzündungszustands belegt.

Die Einzelzell-Multi-Omics-Analyse enthüllte eine bisher nicht beschriebene DARG-Subpopulation innerhalb von PMS-iNSC-Kulturen, die durch eine radialglia-ähnliche transkriptionelle Identität in Kombination mit ausgeprägter IFN-Reaktionsfähigkeit und Merkmalen zellulärer Seneszenz charakterisiert ist. Als Treiber dieses einzigartigen Zustands wurden spezifische Transkriptionsfaktoren identifiziert. Die Validierung in post-mortem PMS-Hirngewebe mittels Einzelkern- und räumlicher Transkriptomik-Datensätzen bestätigte die Existenz analoger DARG-Populationen in vivo, die spezifisch in chronisch aktiven demyelinisierenden Läsionen angereichert und räumlich mit entzündlichen Mikroglia und Astrozyten ko-lokalisiert sind. Die Entwicklungsverlaufsanalyse zeigte, dass die in vitro aus iNSCs abgeleiteten DARGs mit jenen im PMS-Hirngewebe übereinstimmen, was ihre biologische Relevanz unterstützt.

Diese Erkenntnisse etablieren DARGs als neue zelluläre Achse in der PMS-Pathologie, die in der Lage ist, schwelende Neuroinflammation durch IFN-gesteuerte, seneszenzassoziierte sekretorische Programme aufrechtzuerhalten. Die Studie eröffnet therapeutische Ansätze, die auf DARG-Seneszenz und IFN-Dysregulation bei progressiver MS abzielen, während das direkte Reprogrammierungsmodell eine leistungsfähige, epigenetisch getreue Plattform für die künftige Wirkstoffforschung bereitstellt.